通过结合几项光学和化学处理创新，一个欧洲财团正在开发一个试点规模的系统，该系统将利用阳光、人工照明和等离子体将二氧化碳和绿色氢全天候转化为燃料。
该项目名为Spotlight开发的反应堆旨在处理来自中小型排放源的浓缩二氧化碳流，这些源每年排放不到 1 兆吨的二氧化碳。最终结果将是甲烷和一氧化碳，它们可以转化为甲醇。
负责协调该项目的荷兰应用科学研究组织 (TNO) 的Nicole Meulendijks说：“如果一切如我们设想的那样，这将是在化工厂实施脱碳的一项非常好的技术。”
该项目是世界范围内许多正在进行的太阳能燃料制造项目之一。目标是利用太阳能来驱动化学反应，将水、二氧化碳、氮气和氢气等物质转化为燃料。太阳能燃料提供了一种将太阳能长时间装瓶的方法，然后随时随地使用它。但是已知的方法不足以以与石油衍生燃料竞争的成本生产燃料。
等离子体加热过程是为什么该系统可以摆脱使用小镜子阵列而不是用于为传统太阳能燃料产生集中热量的大面积镜子或透镜的原因。
人工光合作用模拟植物的化学过程，是一种通过大量研究从二氧化碳和水等丰富资源中生产太阳能燃料的方法。Sun-to-Liquid、A-Leaf和SofiA是欧盟资助的一些项目，它们试图开发和扩大基于人工光合作用的太阳能燃料工厂。
Meulendijks 说，Spotlight 使用了另一种技术。首先，该联盟包括整个价值链的各方，从催化剂和光子器件制造到提供绿色氢和二氧化碳的公司。她补充说，合作伙伴已经表达了他们打算在研究之外进行商业参与，这使得最终的概念更容易走出实验室并进入现场。
所涉及的技术也涵盖了所有领域。阳光将通过在德国航空航天中心建造的太阳能炉加以利用。熔炉是一个大型平面镜，可将阳光发送到蜂窝状阵列的可移动六边形镜子上，这些镜子将光线最多集中到反应器上 5,000 倍。
反应器是一个透明装置，由两块玻璃板组成，流动通道夹在它们之间。这些通道将装有联盟研究人员正在开发的等离子体催化剂材料。它由金或其他等离子体金属纳米粒子制成，可吸收特定波长的阳光并将其局部转化为热量，从而驱动化学反应，将泵入流动通道的二氧化碳和氢气转化为燃料。
与其他使用聚光太阳光直接加热反应堆的太阳能燃料项目不同，Spotlight 使用等离子体催化剂将太阳光转化为热能，这意味着可以通过改变金属类型以及纳米粒子的大小和形状来调整吸收光谱， Meulendijks 说。“不同尺寸和形状的等离子体催化剂的混合物可以轻松覆盖整个太阳光谱，这使得可以将所有阳光用于选择的化学过程。”
等离子体加热过程也是为什么该系统可以摆脱使用小镜子阵列而不是用于为传统太阳能燃料产生集中热量的大面积镜子或透镜的原因。“土地使用量是最低限度的，”Meulendijks 说。“例如，光子器件需要一到三个[足球]场的区域，这在化工厂现场是可行的。”
Spotlight 项目的另一个独特之处在于它努力为 24 小时生产燃料，无论风雨无阻。为了不受阳光照射时间的限制，该联盟正在开发模拟太阳的基于 LED 的光源。埃因霍温的照明产品领导者昕诺飞(原飞利浦照明)负责这方面的工作。Meulendijks 说，挑战在于让人造光源尽可能地模仿太阳光，并使其完全适应催化剂材料的光谱。
现在进入三年多一点的项目，该团队正在尝试优化反应堆。例如，他们正在研究如何用尽可能多的催化剂粉末填充细通道，同时尽可能有效地让气体流过它。
再过五个月，项目成员的目标是让所有独立的组件——反应器、光源和催化剂材料——准备好集成在一起，并在德国航空航天中心进行中试规模测试。
Meulendijks 说，如果成功，该系统有可能扩大规模以应对更远大的野心。她说，最终受到威胁的是全球大约 11,000 个中小型 CO2源的碳排放。这些来源每年总共排放约 27 亿吨二氧化碳，占所有点源排放量的 16%。
