劍橋大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種太陽(yáng)能技術(shù)，可將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為液體燃料，并將其作為即用型燃料直接添加到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中。有關(guān)這一新技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容發(fā)表在了《自然能源》上。
研究人員利用光合作用，直接將二氧化碳、水和陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為多碳燃料——乙醇和丙醇，此類燃料具有高能量密度，易于儲(chǔ)存和運(yùn)輸。
與化石燃料相比，該太陽(yáng)能燃料碳排放為零，且完全可再生;而同大多數(shù)生物乙醇相比，此類燃料也不會(huì)占用任何用于糧食生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)用地。
盡管該技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)階段，但研究人員表示，他們研發(fā)的“人造樹(shù)葉”將成為化石能源經(jīng)濟(jì)體進(jìn)行能源轉(zhuǎn)型的重要一環(huán)。
生物乙醇由植物制成，不含化石燃料，因而備受追捧，被人們視為更清潔的汽油替代品。如今，道路上大多數(shù)汽車和卡車使用的汽油中乙醇含量高達(dá)10%(E10燃料)。
據(jù)美國(guó)農(nóng)業(yè)部數(shù)據(jù)顯示，美國(guó)作為世界上最大的生物乙醇生產(chǎn)國(guó)，其玉米種植總量中，近45%用于乙醇生產(chǎn)。
歐文·萊斯納(Erwin Reisner)教授是該項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人，他指出：“像乙醇這樣的生物燃料技術(shù)之所以引發(fā)爭(zhēng)議，主要是因?yàn)槠湔加昧宿r(nóng)業(yè)用地。”
近年來(lái)，萊斯納位于優(yōu)素福·哈米德(Yusuf Hamied)化學(xué)部門的研究團(tuán)隊(duì)受光合作用(即植物將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為養(yǎng)料的過(guò)程)的啟發(fā)，一直在利用“人造樹(shù)葉”開(kāi)發(fā)可持續(xù)的零碳排燃料。
迄今為止，這些“人造樹(shù)葉”只能用于制造簡(jiǎn)單的化學(xué)物質(zhì)，如合成氣(一種氫氣和一氧化碳的混合物，用于生產(chǎn)燃料、藥品、塑料和化肥)。 但為了增強(qiáng)該技術(shù)的實(shí)用性，研究人員還需要在光照條件下，利用該技術(shù)直接生產(chǎn)出更為復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)。
現(xiàn)在，“人造樹(shù)葉”可用于直接生產(chǎn)清潔乙醇和丙醇，而無(wú)需生產(chǎn)合成氣這一中間步驟。研究人員開(kāi)發(fā)了一種銅鈀催化劑，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，使人造樹(shù)葉能夠生產(chǎn)更復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)，尤其是多碳醇乙醇和正丙醇。這兩種醇都是高能量密度燃料，易于運(yùn)輸和儲(chǔ)存。
此前，其他科學(xué)家已經(jīng)通過(guò)電力生產(chǎn)出類似的化學(xué)物質(zhì)，但“人造樹(shù)葉”技術(shù)僅利用太陽(yáng)能就能產(chǎn)出如此復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)，這是界內(nèi)一重大突破。
該論文第一作者莫迪亞爾·拉哈曼博士(Dr Motiar Rahaman)提供了更多細(xì)節(jié)：“將陽(yáng)光照射在人造樹(shù)葉上，隨后從二氧化碳和水中獲取液體燃料，這一化學(xué)反應(yīng)令人驚嘆。通常情況下，當(dāng)你試圖通過(guò)人造樹(shù)葉設(shè)備將二氧化碳轉(zhuǎn)化為另一種化學(xué)產(chǎn)品時(shí)，你總會(huì)得到一氧化碳或合成氣。但現(xiàn)在，我們已經(jīng)成功利用太陽(yáng)能生產(chǎn)出一種實(shí)用液體燃料。這一突破振奮人心，它為我們接下來(lái)的工作開(kāi)辟了全新路徑。”
目前，該設(shè)備僅是一個(gè)概念的驗(yàn)證，其實(shí)際效率仍有待發(fā)掘。
研究人員正在努力優(yōu)化光吸收劑，使其能更好地吸收太陽(yáng)光，并優(yōu)化催化劑，以將更多陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為燃料。
此外，研究人員還需進(jìn)一步增加設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)燃料的大批量生產(chǎn)。
萊斯納表示：“盡管還有很多工作要做，但我們已經(jīng)展示了這些人造樹(shù)葉的能力。最重要的是我們想要借此證明——在能源轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，我們可以超越最簡(jiǎn)單的分子，直接制造出實(shí)用型化學(xué)產(chǎn)品。”
該項(xiàng)研究得到了歐盟委員會(huì)瑪麗·斯克多夫斯卡·居里獎(jiǎng)學(xué)金、劍橋信托基金和溫頓可持續(xù)發(fā)展物理學(xué)項(xiàng)目的部分支持。
