Ces dernières années, les ingénieurs de l’ETH Zurich ont développé une technologie permettant de produire des combustibles liquides à partir de la lumière du soleil et de l’air. En 2019, ils ont présenté pour la première fois l’ensemble de la chaîne des processus thermochimiques en problems réelles, au cœur de Zurich, sur le toit du laboratoire de equipment de l’ETH. Ces carburants solaires synthétiques sont neutres en carbone vehicle ils ne libèrent lors de leur combustion que la quantité de CO2 extraite de l’air pour leur manufacturing. Deux spin-offs de l’ETH, Climeworks et Synhelion, développent et commercialisent ces systems.
Au cœur du processus de output se trouve un réacteur solaire exposé à la lumière solaire concentrée délivrée par un miroir parabolique et atteignant des températures allant jusqu’à 1 500 degrés Celsius. À l’intérieur de ce réacteur, qui contient une structure céramique poreuse constituée d’oxyde de cérium, se déroule un cycle thermochimique permettant de séparer l’eau et le CO2 précédemment captés dans l’air. Le produit est du gaz de synthèse : un mélange d’hydrogène et de monoxyde de carbone, qui peut être ensuite transformé en carburants à foundation d’hydrocarbures liquides tels que le kérosène (carburant pour avion) pour alimenter l’aviation.
Jusqu’à présent, des structures à porosité isotrope ont été appliquées, mais celles-ci présentent l’inconvénient d’atténuer de manière exponentielle le rayonnement solaire incident lors de son passage dans le réacteur. Cela entraîne des températures internes in addition basses, limitant le rendement en flamable du réacteur solaire.
Aujourd’hui, des chercheurs du groupe d’André Studart, professeur à l’ETH des matériaux complexes, et du groupe d’Aldo Steinfeld, professeur à l’ETH des supports d’énergie renouvelables, ont développé une nouvelle méthodologie d’impression 3D qui leur permet de fabriquer des structures céramiques poreuses avec des géométries de pores complexes pour transporter additionally efficacement le rayonnement solaire à l’intérieur du réacteur. Le projet de recherche est financé par l’Office fédéral de l’énergie.
Les conceptions hiérarchiques avec des canaux et des pores ouverts à la area exposée à la lumière du soleil et devenant moreover étroits vers l’arrière du réacteur se sont révélées particulièrement efficaces. Cette disposition permet d’absorber le rayonnement solaire concentré incident sur l’ensemble du quantity. Cela garantit à son tour que l’ensemble de la composition poreuse atteint la température de réaction de 1 500 °C, augmentant ainsi la production de carburant. Ces buildings céramiques ont été fabriquées à l’aide d’un procédé d’impression 3D basé sur l’extrusion et d’un nouveau kind d’encre aux caractéristiques optimales développées spécifiquement à cet effet, à savoir : une faible viscosité et une forte concentration de particules d’oxyde de cérium pour maximiser la quantité de matière active rédox.
Premiers checks réussis
Les chercheurs ont étudié l’interaction complexe entre le transfert de chaleur rayonnante et la réaction thermochimique. Ils ont pu montrer que leurs nouvelles buildings hiérarchiques peuvent produire deux fois as well as de carburant que les constructions uniformes lorsqu’elles sont soumises au même rayonnement solaire concentré d’intensité équivalente à 1000 soleils.
La technologie d’impression 3D des buildings céramiques est déjà brevetée et Synhelion a acquis la licence de l’ETH Zurich. « Cette technologie a le potentiel d’augmenter l’efficacité énergétique du réacteur solaire et ainsi d’améliorer considérablement la viabilité économique des carburants d’aviation durables », explique Steinfeld.
