随着气候变化从危机走向紧急，航空业似乎已成定局无法实现2050年的目标净零排放。在大流行前的五年里，美国四大航空公司-美国，δ，西南,曼联-航空燃料的使用增加了15%。尽管发动机的效率在不断提高，但这个数字预计还会继续上升。
然而，太阳能燃料带来了一线希望。科学家和工程师们第一次瑞士联邦理工学院(ETH)在苏黎世报告了一个成功的演示太阳能煤油综合燃料生产工厂．利用聚光太阳能，他们能够从水蒸气中生产煤油，直接从空气中生产二氧化碳。这样生产的燃料是化石燃料的临时替代品，可以与现有的存储和分配基础设施以及发动机一起使用。
燃料源自合成气体(或合成气)——一种一氧化碳和氢的特定混合物的中间产物——是传统化石衍生燃料的已知替代品。合成气是由费托综合在这个过程中，化学反应将一氧化碳和水蒸气转化为碳氢化合物。ETH的研究团队发现，太阳能驱动的热化学方法使用金属氧化物氧化还原循环来分解水和二氧化碳，可以产生可再生的合成气。他们演示流程在屋顶太阳能精炼厂ETH机械实验室在2019年。
由二氧化铈制成的网状多孔结构，用于太阳能反应堆，用于热化学拆分CO2和H2O，并产生合成气，一种H2和CO的特定混合物。苏黎世联邦理工学院
目前的中试规模的太阳能塔工厂建立在IMDEA能源研究所在西班牙。它将2019年实验的太阳能反应堆规模扩大了10倍奥尔多·斯坦因费尔德他是ETH的工程学教授，领导了这项研究。燃料厂包括三个子系统——太阳能塔聚光设施、太阳能反应堆和气液转换装置。
首先，由跟随太阳旋转的镜子组成的定日镜场将太阳辐射集中到安装在塔顶的反应堆中。该反应器是一个腔体接收器，内衬有由铈(或氧化铈(IV))制成的网状多孔陶瓷结构。在反应堆内，集中的阳光创造了一个约1500°C的高温环境，这个温度足以分解大气中捕获的二氧化碳和水，产生合成气。最后，合成气在气液装置中被加工成煤油。一个中央控制室控制整个系统。
使用这种方法生产的燃料关闭了燃料碳循环，因为它只产生与生产过程中相同数量的二氧化碳。斯坦菲尔德说:“目前的试点燃料工厂仍然是一个用于研究目的的示范设施，但它是一个完全集成的工厂，并使用了与工业实施相关的太阳能塔配置。”
作者在论文中指出:“太阳能反应器生产的合成气具有选择性、纯度和质量，适用于FT合成。”他们还报告了多个连续循环良好的材料稳定性。他们观察到太阳能转化为合成气的能源效率为4.1%，斯坦菲尔德说，这是热化学燃料生产的一个创纪录的值，尽管需要更好的效率才能使这项技术在经济上具有竞争力。
定日镜场将太阳辐射集中到安装在太阳能塔顶部的太阳能反应堆上。太阳能反应堆将水和二氧化碳混合，产生氢分子和一氧化碳分子的混合物，然后将其加工成煤油等临时燃料。苏黎世联邦理工学院
“能量转换效率的测量值是在没有任何热量回收的情况下获得的，”他说。在反应器的氧化还原循环过程中所排出的热量占太阳能输入的50%以上。“这部分可以通过温跃层储热部分回收。热力学分析表明，显热回收有可能将能源效率提高到20%以上。”
为此，还需要做更多的工作来优化反应器内衬的陶瓷结构，这是ETH团队正在积极开展的工作，通过观察3d打印结构来提高体积辐射吸收。“此外，替代材料组合，即钙钛矿或铝酸盐，可以提高氧化还原能力，从而提高单位质量氧化还原材料的比燃料输出，”斯坦菲尔德补充道。
他说，研究人员面临的下一个挑战是扩大他们的技术，以获得更高的太阳辐射功率输入，可能使用太阳能塔顶部的太阳能腔接收模块阵列。
为了将太阳能煤油引入市场，斯坦菲尔德设想了一个基于配额的系统。他说:“航空公司和机场将被要求在他们放入飞机的航空燃料总量中拥有最低份额的可持续航空燃料。”这是可能的，因为太阳能煤油可以与化石煤油混合。一开始的提价幅度很小，只有1%或2%，这将在一开始提高总燃油成本，尽管幅度很小——正如斯坦菲尔德所说，“普通航班的成本只增加了几欧元”
与此同时，增加配额将带来投资，降低成本，最终用太阳能煤油取代化石煤油。他补充说:“当太阳能喷气燃料达到总喷气燃料量的10%到15%时，我们应该看到太阳能煤油的成本接近化石燃料煤油的成本。”
然而，我们可能不用等太久，航班就可以完全使用太阳能燃料。斯坦菲尔德实验室的商业衍生品，Synhelion，正致力于在2023年投入使用第一个工业规模的太阳能燃料厂。该公司还与瑞士航空公司仅使用太阳能煤油进行飞行。
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