苏黎世联邦理工学院的研究人员开发了一种针对太阳能反应堆核心进行优化的3D打印陶瓷结构。

　　据报道，该团队开发了一种新颖的3D打印方法，能够制造具有复杂孔隙几何形状的多孔陶瓷结构。这些新的分级设计使太阳辐射能够更有效地传输到反应堆内部。

　　初步实验测试强调，与之前的各向同性设计相比，这些3D打印结构可以使太阳能燃料的产量提高一倍。

　　ETH 衍生公司Climeworks和Synhelion目前正在努力推进这项研究并将其商业化。3D打印陶瓷结构的技术已获得专利，Synhelion 最近获得了苏黎世联邦理工学院的许可。

　　研究人员来自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，该项目由瑞士联邦能源办公室资助。

　　“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，”斯坦菲尔德解释道。

　　具有分层通道结构的3D打印二氧化铈结构的艺术印象

　　3D打印太阳能反应堆核心

　　这一新进展标志着苏黎世联邦理工学院在优化可再生能源生产方面持续努力的最新进展。事实上，该组织已经开发出可以利用空气和阳光生产液体燃料的技术。早在2019年，整个热化学工艺链就在ETH机器实验室首次在真实条件下进行了演示。

　　苏黎世联邦理工学院的合成太阳能燃料是碳中性的，释放的二氧化碳量与能源生产过程中从大气中收集的二氧化碳量相同。该生产过程的关键是太阳能反应器。该元件通过抛物面镜暴露在集中阳光下，温度可达1500℃。

　　太阳能反应器的内部包含由氧化铈制成的多孔陶瓷结构。在这里，发生热化学循环，分解从大气中捕获的水和二氧化碳。该过程产生氢气和一氧化碳的混合物，称为合成气或“合成气”。然后，这种化学混合物可以进一步加工成用于航空工业的液态烃燃料，例如煤油。

　　这些结构传统上具有各向同性的孔隙率，当太阳辐射进入反应器时，可以迅速降低太阳辐射的强度。这会降低反应堆堆芯的内部温度，从而限制燃料产量。为了解决这个问题，苏黎世联邦理工学院的研究开发了一种新颖的方法，可以对具有复杂孔隙几何形状的结构进行3D打印，从而使太阳辐射能够更有效地传输到反应器内部。

　　根据苏黎世联邦理工学院的说法，分层排序的设计特别有效，这种设计结合了暴露的通道和孔隙，并在反应器后部变得更窄。据报道，这种设计允许入射的太阳辐射被陶瓷结构的整个体积吸收。因此，整个多孔结构可以达到1500℃的反应温度，从而促进燃料的生成。

　　研究团队的陶瓷结构是采用基于挤压的3D打印工艺生产的。还使用了一种新型墨水，它具有低粘度和高浓度的二氧化铈颗粒。据报道，这些特性使氧化还原活性材料的量最大化。

　　3D打印完成后，陶瓷结构接受了测试，以研究辐射热和热化学反应之间的相互作用。在这次测试中，研究人员证明，当受到相同的集中太阳辐射时，它们的分层结构可以产生两倍于均匀结构的燃料。