剑桥大学的研究人员开发出一种太阳能技术,可将二氧化碳和水转化为液体燃料,并将其作为即用型燃料直接添加到汽车发动机中。有关这一新技术的相关内容发表在了《自然能源》上。
研究人员利用光合作用,直接将二氧化碳、水和阳光转化为多碳燃料——乙醇和丙醇,此类燃料具有高能量密度,易于储存和运输。
与化石燃料相比,该太阳能燃料碳排放为零,且完全可再生;而同大多数生物乙醇相比,此类燃料也不会占用任何用于粮食生产的农业用地。
尽管该技术仍处于实验阶段,但研究人员表示,他们研发的“人造树叶”将成为化石能源经济体进行能源转型的重要一环。
生物乙醇由植物制成,不含化石燃料,因而备受追捧,被人们视为更清洁的汽油替代品。如今,道路上大多数汽车和卡车使用的汽油中乙醇含量高达10%(E10燃料)。
据美国农业部数据显示,美国作为世界上最大的生物乙醇生产国,其玉米种植总量中,近45%用于乙醇生产。
欧文·莱斯纳(Erwin Reisner)教授是该项研究的负责人,他指出:“像乙醇这样的生物燃料技术之所以引发争议,主要是因为其占用了农业用地。”
近年来,莱斯纳位于优素福·哈米德(Yusuf Hamied)化学部门的研究团队受光合作用(即植物将阳光转化为养料的过程)的启发,一直在利用“人造树叶”开发可持续的零碳排燃料。
迄今为止,这些“人造树叶”只能用于制造简单的化学物质,如合成气(一种氢气和一氧化碳的混合物,用于生产燃料、药品、塑料和化肥)。 但为了增强该技术的实用性,研究人员还需要在光照条件下,利用该技术直接生产出更为复杂的化学物质。
现在,“人造树叶”可用于直接生产清洁乙醇和丙醇,而无需生产合成气这一中间步骤。研究人员开发了一种铜钯催化剂,并对其进行优化,使人造树叶能够生产更复杂的化学物质,尤其是多碳醇乙醇和正丙醇。这两种醇都是高能量密度燃料,易于运输和储存。
此前,其他科学家已经通过电力生产出类似的化学物质,但“人造树叶”技术仅利用太阳能就能产出如此复杂的化学物质,这是界内一重大突破。
该论文第一作者莫迪亚尔·拉哈曼博士(Dr Motiar Rahaman)提供了更多细节:“将阳光照射在人造树叶上,随后从二氧化碳和水中获取液体燃料,这一化学反应令人惊叹。通常情况下,当你试图通过人造树叶设备将二氧化碳转化为另一种化学产品时,你总会得到一氧化碳或合成气。但现在,我们已经成功利用太阳能生产出一种实用液体燃料。这一突破振奋人心,它为我们接下来的工作开辟了全新路径。”
目前,该设备仅是一个概念的验证,其实际效率仍有待发掘。
研究人员正在努力优化光吸收剂,使其能更好地吸收太阳光,并优化催化剂,以将更多阳光转化为燃料。
此外,研究人员还需进一步增加设备,从而实现燃料的大批量生产。
莱斯纳表示:“尽管还有很多工作要做,但我们已经展示了这些人造树叶的能力。最重要的是我们想要借此证明——在能源转型的过程中,我们可以超越最简单的分子,直接制造出实用型化学产品。”
该项研究得到了欧盟委员会玛丽·斯克多夫斯卡·居里奖学金、剑桥信托基金和温顿可持续发展物理学项目的部分支持。
作者:编译 宋悠然 来源:能源舆情
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