2025 年 3 月 10 日

 

• 在歐盟計畫FlowPhotoChem中，德國航空航天中心與其他工業和研究領域的參與者一起建造並測試了一個示範工廠。
• 在該工廠的幫助下，我們可以以更氣候友善的方式生產基礎化學品。它結合了三個特殊反應器。
• 利用集中的太陽輻射、水和二氧化碳。
• 重點：能源、氫能、工業轉型、基礎化學品

 

目前許多基本化學物質，例如乙烯、丙烯、甲醇和氨，都是從原油和天然氣生產的。許多行業需要這些原料來生產塑膠、燃料或肥料。所採用的製程會消耗大量原料和能源。此外，它們每年在德國排放近4000萬噸二氧化碳當量。德國航空航天中心（DLR）在歐盟計畫「FlowPhotoChem」中建造並測試了一座示範工廠，成功證明了未來基礎化學品也可以以更氣候友善的方式生產。

德國航天中心與其他歐洲研究機構和公司進行了合作。在專案測試的過程中，集中的太陽輻射提供了利用水和二氧化碳生產基本化學品所需的大部分能量。集中的太陽輻射強度比正常陽光高出數百倍。 「對基礎化學品太陽能生產的研究使得開發完全再生製程成為可能，以便未來大規模生產這些化學品和化學能源，」Dr.-Ing. 解釋道。德國航太中心未來燃料研究所的 Michael Wullenkord。他代表德國航空航天中心負責監督該計畫。未來，太陽能製程可以為工業變得更加氣候友善和減少對化石燃料的依賴做出重要貢獻。 FlowPhotoChem專案的重點是乙烯的生產。它是聚乙烯（PE）的重要原料。這種塑膠主要用於薄膜和包裝。從數量上看，它是世界上最常用的塑膠。

 

透過三階段製程將易得的原料轉化為搶手的基礎化學品

該示範工廠主要由專案合作夥伴開發的三個相互連接的模組組成。在這些所謂的反應器中，發生不同的化學過程，將起始材料水和二氧化碳轉化為目標產物乙烯。

在第一個反應器中，水分子分解成氫和氧。為此，該反應器利用了集中的太陽輻射能量。然後，以這種方式產生的氫氣與來自空氣或工業過程的二氧化碳一起被送入第二個反應器模組。在這裡，一氧化碳也是利用集中的太陽輻射產生的。在第三個反應器中，利用電能（最好是來自光伏系統）將一氧化碳轉化為乙烯或其他化學目標產品。

 

在科隆德國航空航天中心的高性能散熱器中進行建造和測試

德國航太中心未來燃料研究所位於德國於利希和科隆，負責為本計畫設計、建造和測試整體運作系統。德國航太中心的科學家烏倫科德解釋說：“主要的癥結在於三座反應器的組合以及它們與整個系統的整合。”他的研究所還開發了整個系統的模型，以便所有組件以後能夠盡可能有效地協同工作。反應器本身來自專業專案合作夥伴：第一座反應爐來自 SoHHytec 公司，該公司是瑞士洛桑聯邦理工學院 (EPFL) 的衍生公司。第二座反應爐由瓦倫西亞理工大學（UPV）建造。匈牙利公司 eChemicles 在塞格德大學 (SZTE) 的支持下負責第三座反應爐。

整個系統在科隆的DLR高性能散熱器中安裝並調試。它的氙氣燈提供了第一和第二反應器運作所需的集中（這裡是人造）太陽輻射。這意味著無論天氣如何都可以進行測試。在這些測試中，該計畫也受惠於德國航空航天中心多年來在操作複雜測試裝置和全面的測量和控制技術方面的專業知識。眾多挑戰之一是精確對準和調整輻射及其強度到反應器的各個表面。

所建造的演示系統充滿了整個測試室，遠遠超出了實驗室的規模。在德國航空航天中心為期一周的測試階段，FlowPhotoChem專案團隊成功地展示了整個整合系統的運行，並獲得了進一步開發其方法的重要見解。此外，該團隊進一步完善了已經開發的模型並發現了改進的機會。 Michael Wullenkord 解釋道：“透過進一步優化反應器模組和操作策略以及巧妙的熱量和電力管理（例如將廢熱或多餘的電能用於整個過程），整個系統可以實現非常高的效率水平。”

由於運行此類系統需要足夠的直接太陽輻射，因此它們在所謂的陽光地帶是有意義的。這些國家包括西班牙、義大利和希臘，還有澳洲、美國和北非和中東地區。

 

[照片]

(A) FlowPhotoChem 反應器的輻射

在多層實驗裝置中，第一和第二個反應器在集中的太陽輻射下從水和二氧化碳產生基本物質氫和一氧化碳。然後在第三個反應器中生成目標產物乙烯。

(B) Flow PhotoChem的實驗裝置

德國航太中心與來自科學研究和工業領域的國際合作夥伴一起，花了四年的時間開發了這些組件。隨後，它們被組裝起來，並在科隆德國航空航天中心的氙氣高性能燈中進行最後的測試系列，作為一個整體進行測試。