轉換 液態燃料中的二氧化碳和陽光 這不再只是實驗室裡天馬行空的設想。近年來，一些歐洲和亞洲的研究團隊正在採取實際措施，確保未來的部分燃料來自二氧化碳——目前二氧化碳被視為廢棄物。
在西班牙，一個由…領導的項目 納瓦拉大學 它與技術中心和公司密切合作，設計用於生產的設備。 利用水和二氧化碳製備再生合成燃料同時，其他國家正在完善人工光合作用系統，這些系統可以整合到這些生產鏈中，描繪出一幅「從空氣中製造燃料」不再像科幻小說般美好的景象。
面板製燃料：在西班牙利用陽光、水和二氧化碳製造燃料
該項目 面板到燃料由納瓦拉公立大學（UPNA）透過INAMAT²研究所推廣， 盧雷德拉技術中心 和公司 納瓦拉機械工程（INM）它的目的是證明這是可能的 僅使用合成燃料生產合成燃料 可再生資源：太陽輻射、水和從空氣中捕獲的二氧化碳。
核心思想是替換一部分 石油衍生的液體燃料 透過與現有引擎相容的替代能源，但這些能源的產生過程不會增加大氣中的二氧化碳含量。為此，本文提出了一種循環方案，其中： 利用陽光從空氣中捕捉二氧化碳，並獲得綠色氫氣。 兩者結合可製成可用於交通運輸的合成燃料。
這種方法旨在應對氣候面臨的主要挑戰之一： 難以電氣化的產業的脫碳例如重型公路運輸、海運或航空，在這些領域，直接用電池進行替換在技術上或經濟上並不總是可行的。
該項目不僅限於化學開發，還包括 經濟與環境分析 以了解該製程在中期內能否與傳統的化石燃料方案和市場上已有的其他再生能源方案競爭。
一種模仿植物的光催化面板
面板到燃料系統的核心在於… 光催化板 它的工作原理與傳統光伏板不同。這種裝置不是發電，而是利用陽光。 分離水分子並產生氫氣無需使用電網能源。
UPNA設計 利用3D列印技術製造的反應器其幾何形狀經過精心設計，旨在使活性材料能夠最佳地暴露於太陽輻射下。目標是更好地將光線分佈到反應發生的表面上，從而增加從水中提取氫氣的量。
盧雷德拉技術中心也做出了貢獻 能夠高效捕捉並利用太陽光的奈米材料這些化合物起到光催化劑的作用，也就是說，當它們接收到光子時，會引發並加速化學反應，類似於植物葉片中的色素在自然光合作用中的作用。
Ingeniería Navarra Mecánica 公司負責 首個整合原型機的工程設計這是一個示範裝置，它將把氫氣的生產、二氧化碳的捕獲以及隨後可再生燃料的合成整合到一個系統中。
在開發這套設備的同時，該聯盟也正在進行以下工作： 用於從空氣中捕獲二氧化碳的吸附材料能夠將這種氣體保留在它們的表面上，然後以可控的方式釋放它，從而將其引入轉化反應中。
從二氧化碳和氫氣到液體燃料：甲醇和費托合成
一旦你擁有 綠色氫氣和捕獲的二氧化碳下一步是將它們轉化為可用作液體燃料的分子。由路易斯·甘迪亞·帕斯誇爾和費爾南多·賓貝拉·塞拉諾領導的團隊正在進行分析。 兩條主要路線 做到這一點。
第一種方法是 甲醇作為中間步驟在這種情況下，二氧化碳與氫氣反應生成甲醇，甲醇分子可以轉化為更複雜的燃料，或直接用於某些工業和能源應用。
第二條路線是基於該流程的改進版本。 費托一種眾所周知的技術，可以將一氧化碳和氫氣的混合物轉化為 與傳統燃料類似的液態烴關鍵在於調整條件和催化劑，以二氧化碳為原料，獲得合適的混合氣體來驅動此過程。
該聯盟對兩種方案進行比較以確定 哪條路徑最適合整個鏈條？考慮到能源效率、運行成本、技術複雜性以及與二氧化碳捕集模組和光催化製氫面板的整合。
據UPNA QuiProVal研究組負責人費爾南多·賓貝拉（Fernando Bimbela）稱，已開發的樣機已經能夠… 利用二氧化碳和綠氫製取太陽能甲烷目前正在進行相關工作，以擴大碳原子數較高的碳氫化合物的生產規模，使其更接近日常使用的液體燃料。
弧形設計、模組化系統與歐洲支持
Panel-to-Fuel 的一個顯著特徵是開發了一種 弧形反應器 這種設計能將太陽輻射精確地集中在最重要的化學反應發生的區域。這種幾何結構能更好地利用陽光和熱量，進而提高系統的效率。
最終目標是擁有一個 模組化組裝，能夠持續穩定運行該裝置可同時執行三項任務：生產氫氣、從空氣中捕獲二氧化碳並將其轉化為合成燃料。模組化設計有助於根據不同環境調整生產能力，從靠近研究中心的試點設施到毗鄰工業或物流區的大型工廠均可適用。
除了技術設計之外，該項目還包括 經濟可行性與環境影響研究評估這些合成燃料能否與傳統的柴油、汽油或煤油競爭，以及與電動車或壓縮氫氣等替代燃料競爭，至關重要。
面板到燃油功能 國家研究機構的資助，作者： 恢復、轉型和復原計劃 以及來自歐洲基金 下一代歐盟以及其他援助，例如 腎臟細胞這進一步鞏固了此類計畫在西班牙和歐盟脫碳和綠色再工業化策略中的作用。
該團隊成員包括來自UPNA的研究人員，例如 路易斯·甘迪亞、費爾南多·賓貝拉和伊斯梅爾·佩萊赫羅; 來自 Lurederra，如 克里斯蒂娜·薩拉查和卡門·加里霍;以及 Ingeniería Navarra Mecánica 公司，其中 烏克蘇·洛倫特這體現了大學、技術中心和商業部門之間的密切合作。
人工光合作用：國際進展指向太陽能燃料
在納瓦拉，他們正努力將整個流程整合到一個模組化系統中；同時，其他國際組織也在互補部分取得進展： 高性能光子催化劑 能夠僅利用陽光和水作為主要投入物來轉化二氧化碳。
最近的一個例子來自一支團隊 中國科學院 以及來自香港科技大學的，該大學提出了一套系統 人工光合作用 這項研究發表在《自然通訊》雜誌。他們的方法是使用一種名為Ag/WO₃的材料，即銀改性的三氧化鎢，它起到一種…的作用。 催化劑內部的臨時電子存儲.
當這種材料被照射時，它可以 儲存和釋放電子 以可控的方式進行，這是更有效率地減少二氧化碳的關鍵。與鈷基分子催化劑結合使用時， 鈷酞菁該系統能夠將二氧化碳和水轉化為 一氧化碳 速度遠超以往的配置。
在實驗室條件下，產量水準約為 每克催化劑每小時產生1,5毫摩爾一氧化碳。與未採用Ag/WO₃提供的「電荷庫」的同種鈷催化劑相比，其性能大約提高了100倍。儘管目前規模仍然較小，但這種性能提升具有重要的科學意義。
一氧化碳並非可以直接裝入油箱使用的燃料，但它確實是以下物質之一： 合成燃料製造的基本化學構件透過已知的工業路線，例如氣體合成（合成氣），然後是費托合成類型的工藝，這與 Panel-to-Fuel 等項目探索的邏輯完全相同。
更乾淨的設計：水作為電子來源
許多人工光合作用方案的常見問題之一是需要採用 可消耗代理人其他物質雖然能促進反應，但會被消耗並產生廢物。中國的設計試圖透過使用以下方法克服這一限制： 水作為電子來源這種方法更接近真實樹葉的功能。
在自然界中，像質體醌這樣的分子會短暫地儲存電子以進行配位。 同時發生多種光化學反應受此啟發，Ag/WO₃體系允許鎢透過接收和釋放電子來改變其氧化態，從而使還原CO₂的催化劑在更長的時間內有更多的電荷可用。
這種機制 間歇性電荷存儲 它減少了損失，提高了整個過程的效率，這對於這些系統從實驗室走向實際應用至關重要，因為在實際應用中，每公斤產品的成本至關重要。
有趣的是，該設備不僅在受控的人工照明下工作，而且還經過了其他條件下的測試。 大自然陽光同時保持將二氧化碳轉化為一氧化碳的能力。這一細節表明，該技術可以整合到… 由再生能源直接驅動的反應器無需使用電網。
從材料設計的角度來看，Ag/WO₃策略是一種相對通用的方法，因為相同的載體可以與…結合使用。 不同的特定催化劑 根據所需最終產品的不同，這為更廣泛的太陽能燃料和化合物打開了大門。
氣候影響、挑戰及與歐洲政策的一致性
可能性 透過陽光將二氧化碳轉化為合成燃料 它與歐洲的脫碳策略完美契合，但其真正的貢獻將取決於整個生命週期。要使這些燃料實現氣候中和，所使用的二氧化碳必須來自… 捕獲來源無論是工業排放還是直接來自空氣，整個過程都需要投入。 可再生能源.
即使滿足了這些條件，專家也指出： 整體效率仍遠未達到理想水準。二氧化碳捕獲、氫氣生產、轉化為液體燃料、儲存和分配的每個階段都會造成能源損失，進而轉化為經濟成本，並需要安裝更多的再生能源產能。
即便如此，這些太陽能燃料在某些領域仍可發揮重要作用，例如： 直接電氣化並不容易 或在短期內更換現有引擎和基礎設施。航空、海運和某些重工業一再出現在這份「難以削減」的清單上。
從能源政策角度來看，還會出現一些非常實際的問題： 這種燃料一公升多少錢？ 與傳統的柴油或汽油相比，它將如何融入現有的煉油廠和管網？與電動車或燃料電池等其他選擇相比，這些技術將獲得何種程度的支援？
在歐洲，諸如Panel-to-Fuel之類的項目與 國際進展 en 人工光合作用與新型催化劑 這預示著一種情景：二氧化碳不再只是被視為一個問題，而是被視為一種資源。隨著氣候變暖和燃料價格波動，開發… 基於陽光和二氧化碳的可再生合成燃料 它正逐漸成為一種互補的方式，使工業和環境朝著同一方向發展。