近年来，苏黎世联邦理工学院的工程师已经开发出从阳光和空气中生产液体燃料的技术。2019年，他们在苏黎世市中心的ETH机器实验室的屋顶上首次在真实条件下展示了整个热化学过程链。这些合成太阳能燃料是碳中性的，因为它们在燃烧过程中释放的二氧化碳与生产过程中从空气中吸收的二氧化碳一样多。两家ETH衍生公司Climeworks和Synhelion正在进一步开发和商业化该技术。
生产过程的核心是一个太阳能反应堆，它暴露在抛物面镜传递的集中阳光下，温度高达1500°C。在这个包含由氧化铈制成的多孔陶瓷结构的反应堆中，热化学循环发生，以分解先前从空气中捕获的水和二氧化碳。该产品是合成气:氢和一氧化碳的混合物，可以进一步加工成液体碳氢化合物燃料，如煤油(喷气燃料)，为航空提供动力。
到目前为止，已应用了具有各向同性孔隙度的结构，但这些结构的缺点是，当入射太阳辐射进入反应堆时，它们会呈指数级衰减。这导致内部温度较低，限制了太阳能反应堆的燃料产量。
现在，来自联邦理工学院复杂材料教授andr
Studart小组和联邦理工学院可再生能源载体教授Aldo Steinfeld小组的研究人员已经开发出一种新的3D打印方法，使他们能够制造具有复杂孔隙几何形状的多孔陶瓷结构，从而更有效地将太阳辐射传输到反应堆内部。这项研究发表在《先进材料界面》杂志上。
层次化的设计，在暴露在阳光下的表面打开通道和孔，并在反应器后部变得更窄，已被证明是特别有效的。这种布置能够吸收整个体积上入射的集中太阳辐射。这反过来又确保了整个多孔结构达到1500°C的反应温度，从而促进了燃料的产生。
这些陶瓷结构是用挤压机制造的新一代3D打印工艺和一种新型墨水，具有专门为此目的而开发的最佳特性，即:低粘度和高粘度浓度的二氧化铈颗粒，最大限度地提高氧化还原活性物质的量。
研究人员研究了辐射热传递和热化学反应之间复杂的相互作用。他们能够证明，当受到相当于1000个太阳强度的同样集中的太阳辐射时，他们的新分层结构产生的燃料是均匀结构的两倍。
3D打印陶瓷结构的技术已经获得了专利，Synhelion已经从苏黎世联邦理工学院获得了许可。斯坦菲尔德说:“这项技术有可能提高太阳能反应堆的能源效率，从而显著提高可持续航空燃料的经济可行性。”
更多信息:Sebastian Sas Brunser等人，利用3D打印分层通道铈结构的太阳能驱动二氧化碳氧化还原分裂，先进材料界面(2023)。DOI: 10.1002 / admi.202300452引用本文:3d打印反应堆堆芯使太阳能燃料生产效率更高(2023,10月27日)检索自https://techxplore.com/news/2023-10-3d-printed-reactor-core-solar-fuel.html。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
