將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為氫燃料的可再生能源技術(shù)已被開(kāi)發(fā)出來(lái)

Illustration: Technion-Israel Institute of Technology

以色列和意大利科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為氫燃料的可再生能源技術(shù)，據(jù)報(bào)道，這項(xiàng)技術(shù)正處于“實(shí)用”可行性的門檻邊緣。

這項(xiàng)新的太陽(yáng)能技術(shù)將提供一種可持續(xù)的方式，將水和陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為燃料電池的可儲(chǔ)存能源，而所儲(chǔ)存的電力可以并入電網(wǎng)，也可用于由燃料電池驅(qū)動(dòng)的卡車、火車、汽車、輪船、飛機(jī)或工業(yè)流程。

海法以色列理工學(xué)院化學(xué)副教授Lilac Amirav說(shuō)：“可以把這項(xiàng)研究看作是一種人工光合作用?！保ㄈ绻軘U(kuò)大規(guī)模，這項(xiàng)技術(shù)最終將成為“太陽(yáng)能工廠（solar factories）”的基礎(chǔ)，在這些工廠中，太陽(yáng)能集熱器陣列將水分解成氫氣燃料，以及一種或多種其他工業(yè)化學(xué)品。）

Amirav說(shuō)：“我們（從）一種與太陽(yáng)能電池板非常相似的半導(dǎo)體開(kāi)始研究?！钡牵麄冄芯康牟皇抢锰?yáng)光釋放電子電流的光電路線，而是利用太陽(yáng)光有效地、經(jīng)濟(jì)地從水分子中剝離氫。

迄今為止最大的障礙是氫和氧一旦分裂就很容易再結(jié)合，也就是說(shuō)，除非能在反應(yīng)中引入催化劑，使水的兩個(gè)組成元素彼此分離。

因此，Amirav及其同事開(kāi)發(fā)了一種棒狀納米顆粒，長(zhǎng)50-60納米，直徑只有4.5納米，頂端都有直徑2-3納米的鉑球，就像固定在吸管末端的納米彈珠。

自2010年以來(lái)，該團(tuán)隊(duì)一直在調(diào)整設(shè)計(jì)，以最大限度地提高棒狀納米顆粒的性能，將“太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能”，盡可能多地提取氫氣和多余能量。

從水中生成氫分子的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生氧氣，必須合理處理這些副產(chǎn)品。Amirav說(shuō)：“氫是一種燃料，當(dāng)你考慮人工光合作用時(shí)，你關(guān)心的是氫。在這一過(guò)程中，氧不是一個(gè)有趣的產(chǎn)物，它是一個(gè)瓶頸?！?/p>

從水分子中分裂出來(lái)的氧氣，也會(huì)帶走反應(yīng)能量，這是無(wú)法回避的事實(shí)。如果不對(duì)其加以利用，最終會(huì)浪費(fèi)太陽(yáng)能，導(dǎo)致整體反應(yīng)效率下降。

因此，研究人員在這一過(guò)程中加入另一反應(yīng)。他們的鍍鉑納米棒催化劑，不僅可以利用太陽(yáng)能將水轉(zhuǎn)化為氫，還能利用釋放出來(lái)的氧氣，將有機(jī)分子芐胺轉(zhuǎn)化為工業(yè)化學(xué)物質(zhì)苯甲醛(通常用于染料、香料提取物和香水)。

總而言之，這類納米棒可以將入射陽(yáng)光能量的4.2%轉(zhuǎn)化為化學(xué)鍵。僅僅考慮到氫燃料的能量，就可以將3.6%的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存燃料。這些數(shù)字可能看起來(lái)微不足道，但仍高于以前技術(shù)所能達(dá)到的1-2%。根據(jù)美國(guó)能源部的數(shù)據(jù)，效率達(dá)到5- 10%，是太陽(yáng)能制氫“實(shí)際可行的門檻”。

今年2月至8月間，Amirav和她的同事在歐洲納米能源和化學(xué)雜志上發(fā)表了上述創(chuàng)新成果。他們最近還在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)秋季網(wǎng)絡(luò)會(huì)議上展示了他們的研究成果。

在報(bào)告中，描述了他們未來(lái)的工作方向。Amirav說(shuō)：“我們正在尋找替代的有機(jī)轉(zhuǎn)化?！彼退暮献髡呦Ｍㄟ^(guò)這種方式，他們的太陽(yáng)能工廠可以生產(chǎn)氫燃料和一系列其他有用的工業(yè)副產(chǎn)品。在未來(lái)，他們的人工光合作用過(guò)程可以產(chǎn)生低排放能量，加上一些有益的化學(xué)提取物，作為“實(shí)際”和“可行”的副產(chǎn)品。

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：研究人員開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能制氫技術(shù) 有望投入實(shí)際應(yīng)用

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