近年来，苏黎世联邦理工学院的工程师们研发了一项利用太阳能和空气生产液体燃料的技术。为此，他们开发了一个太阳能反应堆，该反应堆暴露在抛物面镜投射的集中阳光下，温度高达摄氏1500度。该反应器包含由氧化铈制成的多孔陶瓷结构，在该反应器内会发生热化学循环，以分解之前从空气中捕获的水和CO2。其结果是合成气，一种氢气和一氧化碳的混合物，可以进一步加工成液态烃燃料，例如煤油（喷气燃料），为航空提供动力。

该示意图展示了具有分层通道架构的3D打印二氧化铈结构。集中的太阳辐射入射到分级结构上，并驱动二氧化碳在阳光下分解成单独的二氧化碳流和氧气流。

到目前为止，已经应用了具有各向同性孔隙率的结构，但这些结构具有缺点，即当入射太阳辐射进入反应器时，它们会呈指数衰减。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ETH复杂材料教授André Studart团队和ETH可再生能源载体教授Aldo Steinfeld团队的研究人员开发了一种新颖的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，更有效地将太阳辐射传输到反应堆内部。该研究项目由瑞士联邦能源办公室资助。

具有分层通道拓扑结构的多孔陶瓷结构的3D数字表示（右上）和照片（侧视图和俯视图）。太阳能反应堆（右下）包含一系列这些分级结构，它们直接暴露在集中的太阳辐射下。

事实证明，分层有序的设计特别有效，其通道和孔隙在暴露于阳光的表面处开放，并向反应器后部变窄。这种布置能够吸收整个体积上的入射集中太阳辐射。这反过来又确保整个多孔结构达到摄氏1500度的反应温度，从而促进燃料的产生。这些陶瓷结构是使用基于挤出的3D打印工艺和专门为此目的开发的具有最佳特性的新型墨水制造的，即：低粘度和高浓度的二氧化铈颗粒，以最大限度地提高氧化还原活性材料的量。

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。初步实验测试表明，当受到强度相当于1000个太阳的相同集中太阳辐射时，这些新型3D打印反应堆结构可以产生两倍于均匀结构的太阳能燃料。

3D打印陶瓷结构的技术已获得专利，Aldo Steinfeld在一份官方新闻稿中表示：“这项技术有潜力提高太阳能反应堆的能源效率，从而显着提高可持续航空燃料的经济可行性。”

现在，通过衍生公司Climeworks和Synhelion，苏黎世联邦理工学院团队正在进一步开发这些技术并将其商业化。

近年来，苏黎世联邦理工学院的工程师们研发了一项利用太阳能和空气生产液体燃料的技术。为此，他们开发了一个太阳能反应堆，该反应堆暴露在抛物面镜投射的集中阳光下，温度高达摄氏1500度。该反应器包含由氧化铈制成的多孔陶瓷结构，在该反应器内会发生热化学循环，以分解之前从空气中捕获的水和CO2。其结果是合成气，一种氢气和一氧化碳的混合物，可以进一步加工成液态烃燃料，例如煤油（喷气燃料），为航空提供动力。

该示意图展示了具有分层通道架构的3D打印二氧化铈结构。集中的太阳辐射入射到分级结构上，并驱动二氧化碳在阳光下分解成单独的二氧化碳流和氧气流。

到目前为止，已经应用了具有各向同性孔隙率的结构，但这些结构具有缺点，即当入射太阳辐射进入反应器时，它们会呈指数衰减。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ETH复杂材料教授André Studart团队和ETH可再生能源载体教授Aldo Steinfeld团队的研究人员开发了一种新颖的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，更有效地将太阳辐射传输到反应堆内部。该研究项目由瑞士联邦能源办公室资助。

具有分层通道拓扑结构的多孔陶瓷结构的3D数字表示（右上）和照片（侧视图和俯视图）。太阳能反应堆（右下）包含一系列这些分级结构，它们直接暴露在集中的太阳辐射下。

事实证明，分层有序的设计特别有效，其通道和孔隙在暴露于阳光的表面处开放，并向反应器后部变窄。这种布置能够吸收整个体积上的入射集中太阳辐射。这反过来又确保整个多孔结构达到摄氏1500度的反应温度，从而促进燃料的产生。这些陶瓷结构是使用基于挤出的3D打印工艺和专门为此目的开发的具有最佳特性的新型墨水制造的，即：低粘度和高浓度的二氧化铈颗粒，以最大限度地提高氧化还原活性材料的量。

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。初步实验测试表明，当受到强度相当于1000个太阳的相同集中太阳辐射时，这些新型3D打印反应堆结构可以产生两倍于均匀结构的太阳能燃料。

3D打印陶瓷结构的技术已获得专利，Aldo Steinfeld在一份官方新闻稿中表示：“这项技术有潜力提高太阳能反应堆的能源效率，从而显着提高可持续航空燃料的经济可行性。”

现在，通过衍生公司Climeworks和Synhelion，苏黎世联邦理工学院团队正在进一步开发这些技术并将其商业化。