陽光加空氣變燃料？　料可解航空碳排放難題

當大家討論太陽能之際，論題離不開太陽能發電。雖然可再生電能是去除碳排放的主要途徑，但由於電池沉重、電動化普及需時，可再生電能並不能解決諸如航空和船運業的溫室氣體排放問題（佔全球排放8%）。然而，瑞士蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）本月初在《自然》（Nature）期刊發表的實證研究，就打破了太陽能的局限，成功將陽光與空氣變成可直接供現有引擎使用的燃料。

該學院教授Aldo Steinfeld及其團隊發展出想法類似於光合作用的原理，利用陽光的能量將空氣中的二氧化碳和水轉化成可作用燃料的有機物。當引擎使用此燃料之際固然會有二氧化碳的排放，但此排放等同於原本作為此燃料原料的二氧化碳，因此互相消除，使整個過程變為淨零排放——其邏輯與生物燃料相約。

而與生物燃料相比，此「太陽燃料」的好處在於，一方面，它不必佔用原本可用作生產糧食的農地，去除了潔淨能源與糧食生產的取捨，另一方面，其加工過程也不必使用其他能源，可保證其淨零排放（當然用於生產「太陽燃料」的機器本身的生產本身也有其溫室氣體排放）。

從「無」到有的「太陽燃料」

「太陽燃料」的構想分成三個部份。首先，是從一般空氣中抽取二氧化碳和水份。該團隊分拆出來的一個機構上月就在冰島安裝了全球最大、直接從空氣中進行碳捕集與封存的工廠，每年能吸收全球3秒鐘的排放量（很明顯，這只是起步階段）。

其次，也是最重要的部份，就是將二氧化碳和水份轉化成「水煤氣」（syngas）。該團隊將陽光集中3,000倍，造成1,500攝氏度的高溫，而大陽能反應器中則設有以氧化鈰（cerium oxide）造成的結構，與二氧化碳產生反應而產出一氧化碳，又與水產生反應而產出氫——一氧化碳與氫的混合體，就正是可用作生產其他燃料的水煤氣。

最後，水煤氣就以現有的工業方式轉化成其他液態碳氫化合物，可直接用於現有的航空引擎之上。

當然，此過程並非像上帝創造萬物般的從無到有，但單靠陽光和空氣就能生產能源，這跟從無到有的距離其實相距不遠。

規模化仍有局限

目前，這個團隊只在一座建築物的天台上架設這套設備，其太陽能規模大概是一個家庭家用電力的規模，每日在間斷性的陽光下運作7小時，只能生產出大約32毫升的純甲醇，而其能源效益只在5.6%左右。

不過，這個實驗已證明此「陽光加空氣變燃料」概念可行，接下來就是要如何將其效益提升（團隊認為最終可提升數倍），並作規模生產。這方面還有兩個難題。

其一，即使規模化生產順利，其實現尚須碳排放定價的支持。研究團隊估計若以工業規模生產，其燃料價格將大約為1.2至2歐元一公升左右的水平，與0.4歐元一公升的煤油價格有一段距離。當中的差價，就要透過各國對於碳排放外部性的定價補足，可是COP26氣候峰會預計不會達成全球碳排放定價的共識，而全域性的碳排放市場暫時就只有歐盟和中國（後者的價格和覆蓋程度都較低）。

其二，即使太陽能生產不必佔據農地，但其生產所需的土地面質仍然非常之廣。根據團隊的初步估算，要滿足全球航空業的燃料需求，我們就需要4.5萬平方公里（大約41個香港）的土地去架設此等「太陽能農場」。如此廣闊的土地並非不可得——畢竟這只及撒哈拉沙漠的0.5%面積——但此要求卻顯示出規模化的遙遠。

遙遠，卻不代表不可及。例如以往的太陽能發電價格極高，效益只得幾個百點比，但如今市場上可用的設置效益已超過20%，實驗室中的更可高達40%，使不少地方的太陽能發電成本與煤電相約，甚至比之更為便宜。「太陽燃料」也可走上同一條路。

同樣如太陽能一般，「太陽燃料」最終也只能是全球減排策略的其中一小環，專門針對電動化難以解決的航空、海運排放。跟石油之於能源供應不一樣，解決氣候問題從來都沒有單一的明路。