Nature子刊：靠陽(yáng)光、水和二氧化碳，制造清潔能源

圖片來(lái)源：University of Cambridge

　　研究人員研發(fā)出了一套設備，可獨立運行，將陽(yáng)光、二氧化碳和水轉化為碳中性燃料，無(wú)需任何額外組件或者電力。

　　該設備由劍橋大學(xué)團隊研制而成，向人工光合作用的實(shí)現邁出了重要一步：這一過(guò)程模仿植物將陽(yáng)光轉化為能量的能力。設備基于先進(jìn)的“光片”（photosheet）技術(shù)，能夠將陽(yáng)光、二氧化碳和水轉化成氧氣和甲酸（一種可直接使用或者轉化為氫的可存儲燃料）。

　　《自然-能源》（Nature Energy）報告了這一成果，展示了一種將二氧化碳轉化成清潔燃料的新方法。這套無(wú)線(xiàn)設備的規模擴大后，可用于能源“農場(chǎng)”，類(lèi)似于太陽(yáng)能農場(chǎng)，使用陽(yáng)光和水產(chǎn)生清潔燃料。

　　收集太陽(yáng)能將二氧化碳轉化成燃料，是減少二氧化碳排放、逐漸放棄化石燃料的有效方法。然而，要生產(chǎn)出不含不必要副產(chǎn)物的清潔燃料仍具挑戰。

　　“一直以來(lái)，都難以實(shí)現具有高度選擇性的人造光合作用，也就是說(shuō)盡可能將陽(yáng)光轉化成你想要的燃料，而不是同時(shí)產(chǎn)生一大堆廢料?！眮?lái)自劍橋化學(xué)系的 Qian Wang 博士說(shuō)。

　　“此外，氣體燃料的儲存和副產(chǎn)物的分離相當復雜，我們想要搞清楚，如何能干凈地制造出易于儲存和運輸的液體燃料?！痹撜撐牡馁Y深作者 Erwin Reisner 教授補充說(shuō)。

　　2019 年，Reisner 團隊的研究人員研制出一種基于“人造葉片”設計的太陽(yáng)能反應器，使用陽(yáng)光、二氧化碳和水生成一種稱(chēng)作合成氣體（syngas）的燃料。而本次新技術(shù)的表現和行為相當類(lèi)似于“人造葉片”，但是工作原理不同，產(chǎn)物是甲酸。

　　而且人造葉片使用的是來(lái)自太陽(yáng)能電池的組件，但新設備無(wú)需這些組件，只依靠嵌在薄片上的光催化劑，成為所謂的光催化片。這些薄片由半導體粉末制成，容易大量制備，價(jià)格低廉。

　　除此之外，這一新技術(shù)更穩健，產(chǎn)生的清潔燃料更容易儲存，具有大規模生成燃料產(chǎn)物的潛力。測試單位的大小為20平方厘米，但研究人員說(shuō)，要將其規模擴大成幾平方米應該相對簡(jiǎn)單。同時(shí)，甲酸能夠在溶液中積聚，采用化學(xué)手段可轉化成不同類(lèi)型的燃料。

　　“我們驚異于該技術(shù)的高度選擇性，它幾乎不會(huì )產(chǎn)生什么副產(chǎn)物?！盬ang 說(shuō)，“有時(shí)候事情確實(shí)會(huì )和預期不同，但這次效果確實(shí)更好，實(shí)在罕見(jiàn)?！?/p>

　　二氧化碳轉化鈷基催化劑容易實(shí)現，且相對穩定。雖然與人造葉片相比，該技術(shù)規模更容易擴大，但其效能仍需改進(jìn)，然后再考慮投入商業(yè)使用。研究人員正在用不同類(lèi)型的催化劑進(jìn)行實(shí)驗，以同時(shí)增強穩定性和效能。

　　獲得目前的成果還有賴(lài)于東京大學(xué) Kazunari Domen 教授團隊的合作，他也是該研究的共同作者。

　　目前研究人員正在進(jìn)一步優(yōu)化系統，提升效能。此外，他們也在探索其他催化劑，用到這一設備中以獲取不同太陽(yáng)能燃料。

　　Reisner 說(shuō)：“我們希望這一技術(shù)將會(huì )為具有實(shí)用價(jià)值的可持續太陽(yáng)能燃料生產(chǎn)開(kāi)拓道路?！?/p>

　　來(lái)源 劍橋大學(xué)

　　翻譯  阿金

　　審校 戚譯引