利用太陽(yáng)能生產(chǎn)清潔的氫

隨著社會(huì)的進(jìn)步，科技的發(fā)展，人們對(duì)能源的需求越來(lái)越大，而現(xiàn)有的能源有限，需要人們不斷發(fā)展新能源，而太陽(yáng)能就是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，人們開(kāi)始大力發(fā)展太陽(yáng)能能發(fā)電。劍橋大學(xué)的一組科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種利用太陽(yáng)能來(lái)生產(chǎn)既可持續(xù)又相對(duì)便宜的燃料的方法。它利用自然光從生物質(zhì)中產(chǎn)生氫。

現(xiàn)代社會(huì)面臨的挑戰(zhàn)之一是如何處理廢物。隨著自然資源的豐富程度下降，利用廢物作為能源對(duì)政府和企業(yè)來(lái)說(shuō)都變得越來(lái)越緊迫。

自有記錄的歷史開(kāi)始以來(lái)，生物質(zhì)一直是熱量和能量的來(lái)源。地球上的石油儲(chǔ)備來(lái)自于遠(yuǎn)古生物，它們經(jīng)受了數(shù)百萬(wàn)年的高壓和高溫。木質(zhì)纖維素是植物生物量的主要組成部分，到目前為止，木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為氫的過(guò)程只是通過(guò)氣化過(guò)程實(shí)現(xiàn)的，即利用高溫將其充分分解。

劍橋大學(xué)化學(xué)系的Moritz Kuehnel博士是發(fā)表在《自然能源》上的一篇新研究論文的聯(lián)合第一作者，他說(shuō):

“木質(zhì)纖維素是自然界的鋼筋混凝土。它由堅(jiān)固的、高度結(jié)晶的纖維素纖維組成，這些纖維與木質(zhì)素和半纖維素交織在一起，充當(dāng)膠水。這種堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)使植物和樹(shù)木具有機(jī)械穩(wěn)定性，并保護(hù)它們不被降解，這使得木質(zhì)纖維素的化學(xué)利用變得非常具有挑戰(zhàn)性。”

這項(xiàng)新技術(shù)依賴(lài)于一個(gè)簡(jiǎn)單的光催化轉(zhuǎn)化過(guò)程。催化納米顆粒被添加到堿水中，其中生物質(zhì)懸浮。然后把它放在實(shí)驗(yàn)室的一盞模擬太陽(yáng)光的燈前面。該解決方案是理想的吸收這種光，并轉(zhuǎn)換成氣態(tài)氫生物質(zhì)，然后可以從頭頂空間收集。氫不含燃料電池抑制劑，如一氧化碳，它可以被用作動(dòng)力。

納米顆粒能夠從太陽(yáng)能中吸收能量，并利用它進(jìn)行復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。在這種情況下，它重新排列水和生物質(zhì)中的原子，形成氫燃料和其他有機(jī)化學(xué)物質(zhì)，如甲酸和碳酸鹽。

該研究的聯(lián)合首席作者，也是化學(xué)系的David Wakerley博士說(shuō):

“生物質(zhì)能中儲(chǔ)存了大量的化學(xué)能，但它是未經(jīng)提煉的，所以你不能指望它在復(fù)雜的機(jī)械中工作，比如汽車(chē)引擎。我們的系統(tǒng)能夠?qū)⒔M成生物質(zhì)的長(zhǎng)而雜亂的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為氫氣，這是非常有用的。我們特別設(shè)計(jì)了一種催化劑和解決方案的組合，利用陽(yáng)光作為能源來(lái)實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化。有了這個(gè)裝置，我們可以簡(jiǎn)單地向系統(tǒng)中添加有機(jī)物，然后，如果天氣晴朗，就可以生產(chǎn)氫燃料。”

該團(tuán)隊(duì)在他們的實(shí)驗(yàn)中使用了不同類(lèi)型的生物質(zhì)。木材、紙張和樹(shù)葉被放置在試管中，暴露在陽(yáng)光下。生物量事先不需要任何處理。

這項(xiàng)技術(shù)是由劍橋大學(xué)的克里斯蒂安多普勒可持續(xù)合成氣化學(xué)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的。實(shí)驗(yàn)室主任Erwin Reisner博士補(bǔ)充道:

“我們的太陽(yáng)能技術(shù)是令人興奮的，因?yàn)樗軌蛟诃h(huán)境條件下從未經(jīng)處理的生物質(zhì)生產(chǎn)清潔的氫。我們認(rèn)為這是一個(gè)新的和可行的替代高溫氣化和其他可再生的氫氣生產(chǎn)方式。

未來(lái)的發(fā)展可以在任何規(guī)模上進(jìn)行設(shè)想，從離網(wǎng)應(yīng)用的小型設(shè)備到工業(yè)規(guī)模的工廠，我們目前正在探索一系列潛在的商業(yè)選擇。”目前太陽(yáng)能還未能更好被人類(lèi)利用，需要科研人員不斷努力，研究出更高效地產(chǎn)品，這樣才能保證我們?nèi)祟?lèi)的能源夠人類(lèi)發(fā)展所需。