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【太陽能突破】劍橋成功研發人工「光合作用」 可吸收陽光製可儲存燃料

2020/8/31 — 18:53

植物看似毫不費力地以光合作用將陽光轉化為能量,但人類多年來都無法用機器或工具模擬這種過程。上周刊於《自然能源》的劍橋研究就成功以一金屬催化劑,以二氧化碳、水和陽光作為原料,產生氧氣和甲酸 (formic acid) ,後者可儲存作為燃料使用,而且可直接被運用或轉化為氫,這種另一潛在潔淨能源燃料。

該金屬催化劑上面有二氧化釕、鈦酸鍶等半導體粉末,並借助鈷基 (cobalt-based) 催化劑,類似「相紙」一樣,當陽光在水中撞擊到該催化紙時,產生電子相互作用和氧化作用,製造甲酸和氧氣。更重要是,整個過程不需要額外用其他能源推動。

相紙在水中進行人工光合作用的狀況
Credit: Wang, Q. & et al. (2020).

相紙在水中進行人工光合作用的狀況
Credit: Wang, Q. & et al. (2020).

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英國劍橋大學化學系研究員王茜在大學聲明中指,團隊對這個人工光合作用過程中幾乎不產生副產物感到非常驚訝,因為很多時研究不如預期好,而是次發現則是罕見的,實際上結果比預期的更好。

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研究所用的「相紙」僅為 20 平方厘米,但團隊認為要放大相紙,增加產量應該相對容易,而且成本不會高昂。團隊又指當「相紙」大量生產應用,將會類似太陽能發電廠。另外,過程產生的甲酸能儲存在溶液中,然後根據需要將其轉化為不同類型的燃料。

「相紙」大小只有約 20 平方厘米
圖:劍橋大學

「相紙」大小只有約 20 平方厘米
圖:劍橋大學

來自同一實驗室的團隊在 2019 年亦曾開發類似是次「相紙」的「人造葉」,但前者更堅硬、更易於擴大規模應用,所產生的燃料也更易於儲存。

然而,這並不代表該「相紙」準備投入商業使用,團隊需要先令過程更有效率;團隊亦在嘗試使用可能產生不同太陽能燃料的催化劑。

現時全面過渡到清潔能源的需求,比過去任何時候都更加迫切,有參與研究的劍橋化學家 Erwin Reisner 則指,希望技術將為可持續和實用的太陽能生產鋪路。

來源:
Science Alert, Breakthrough in Artificial Photosynthesis Lets Scientists Store The Sun's Energy as Fuel, 29 August 2020

報告:
Wang, Q., Warnan, J., Rodríguez-Jiménez, S. & et al. (2020). Molecularly engineered photocatalyst sheet for scalable solar formate production from carbon dioxide and water. Nat Energy. doi:10.1038/s41560-020-0678-6

文/Alan Chiu

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