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首創!將陽光和二氧化碳直接轉化為可再生燃料

2023-08-08 09:36  來源:能源輿情  瀏覽:  

劍橋大學的研究人員開發出一種太陽能技術,可將二氧化碳和水轉化為液體燃料,并將其作為即用型燃料直接添加到汽車發動機中。有關這一新技術的相關內容發表在了《自然能源》上。

研究人員利用光合作用,直接將二氧化碳、水和陽光轉化為多碳燃料——乙醇和丙醇,此類燃料具有高能量密度,易于儲存和運輸。

與化石燃料相比,該太陽能燃料碳排放為零,且完全可再生;而同大多數生物乙醇相比,此類燃料也不會占用任何用于糧食生產的農業用地。

盡管該技術仍處于實驗階段,但研究人員表示,他們研發的“人造樹葉”將成為化石能源經濟體進行能源轉型的重要一環。

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,道路上大多數汽車和卡車使用的汽油中乙醇含量高達10%(E10燃料)。

據美國農業部數據顯示,美國作為世界上最大的生物乙醇生產國,其玉米種植總量中,近45%用于乙醇生產。

歐文·萊斯納(Erwin Reisner)教授是該項研究的負責人,他指出:“像乙醇這樣的生物燃料技術之所以引發爭議,主要是因為其占用了農業用地。”

近年來,萊斯納位于優素福·哈米德(Yusuf Hamied)化學部門的研究團隊受光合作用(即植物將陽光轉化為養料的過程)的啟發,一直在利用“人造樹葉”開發可持續的零碳排燃料。

迄今為止,這些“人造樹葉”只能用于制造簡單的化學物質,如合成氣(一種氫氣和一氧化碳的混合物,用于生產燃料、藥品、塑料和化肥)。 但為了增強該技術的實用性,研究人員還需要在光照條件下,利用該技術直接生產出更為復雜的化學物質。

現在,“人造樹葉”可用于直接生產清潔乙醇和丙醇,而無需生產合成氣這一中間步驟。研究人員開發了一種銅鈀催化劑,并對其進行優化,使人造樹葉能夠生產更復雜的化學物質,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,易于運輸和儲存。

此前,其他科學家已經通過電力生產出類似的化學物質,但“人造樹葉”技術僅利用太陽能就能產出如此復雜的化學物質,這是界內一重大突破。

該論文第一作者莫迪亞爾·拉哈曼博士(Dr Motiar Rahaman)提供了更多細節:“將陽光照射在人造樹葉上,隨后從二氧化碳和水中獲取液體燃料,這一化學反應令人驚嘆。通常情況下,當你試圖通過人造樹葉設備將二氧化碳轉化為另一種化學產品時,你總會得到一氧化碳或合成氣。但現在,我們已經成功利用太陽能生產出一種實用液體燃料。這一突破振奮人心,它為我們接下來的工作開辟了全新路徑。”

目前,該設備僅是一個概念的驗證,其實際效率仍有待發掘。

研究人員正在努力優化光吸收劑,使其能更好地吸收太陽光,并優化催化劑,以將更多陽光轉化為燃料。

此外,研究人員還需進一步增加設備,從而實現燃料的大批量生產。

萊斯納表示:“盡管還有很多工作要做,但我們已經展示了這些人造樹葉的能力。最重要的是我們想要借此證明——在能源轉型的過程中,我們可以超越最簡單的分子,直接制造出實用型化學產品。”

該項研究得到了歐盟委員會瑪麗·斯克多夫斯卡·居里獎學金、劍橋信托基金和溫頓可持續發展物理學項目的部分支持。

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