剑桥大学首创“人造树叶”将阳光和二氧化碳转化为可再生燃料

  [中国石化新闻网2023-08-10]
  剑桥大学的研究人员开发出了一种名为“人造树叶”的太阳能技术，它可以一步将二氧化碳和水转化为高能量密度的燃料，如乙醇和丙醇
  与生物燃料和化石燃料不同，这些太阳能燃料不会造成碳排放，也不需要农业用地来生产，提供了一种可再生的净零碳解决方案
  这种技术仍处于早期阶段，团队目前正在努力提高设备的效率，优化其吸收阳光和增加燃料产量的能力，并扩大设备规模以实现大量燃料生产
  据油价网2023年8月4日报道，剑桥大学的研究人员已经开发出了一种太阳能技术，可以将二氧化碳和水转化为液体燃料，这种燃料可以作为即用型燃料直接添加到汽车发动机中。
  剑桥大学研究人员在《自然能源》杂志上报道了这项新技术。
  剑桥大学研究人员利用光合作用的力量，一步将二氧化碳、水和阳光转化为多碳燃料——乙醇和丙醇。这些燃料能量密度高，易于储存或运输。
  与化石燃料不同，这些太阳能燃料的净碳排放量为零，完全可再生，而且与大多数生物乙醇不同，它们不会占用任何用于粮食生产的农业用地。
  虽然这项技术仍处于实验室规模，但研究人员表示，他们的“人造树叶”是从化石燃料经济转型的重要一步。
  生物乙醇被誉为汽油的清洁替代品，因为它是由植物而不是化石燃料制成的。如今上路的大多数汽车和卡车使用的汽油含有高达10%的乙醇(E10燃料)。美国是世界上最大的生物乙醇生产国：根据美国农业部公布的数据，美国种植的所有玉米产量中几乎有45%用于乙醇生产。
  领导这项研究的欧文·赖斯纳（ErwinReisner）教授指出：“像乙醇这样的生物燃料是一项有争议的技术，尤其是因为它们占用了可以用来种植粮食的农业用地。”
  几年来，赖斯纳在尤瑟夫·哈米德化学系的研究小组一直在利用“人造树叶”开发受光合作用(植物将阳光转化为食物的过程)启发的可持续的零碳燃料。
  到目前为止，这些“人造树叶”只能制造简单的化学物质，比如合成气，一种氢和一氧化碳的混合物，用于生产燃料、药品、塑料和化肥。但为了使这项技术更实用，它需要能够在一次单一的太阳能步骤中直接生产更复杂的化学物质。
  现在，“人造树叶”可以直接生产清洁的乙醇和丙醇，而不需要中间步骤生产合成气。
  研究人员开发了一种铜钯基催化剂。这种催化剂经过优化，可以让“人造树叶”产生更复杂的化学物质，特别是多碳醇类乙醇和正丙醇。这两种醇都是高能量密度的燃料，易于运输和储存。
  其他科学家已经能够利用电力生产类似的化学物质，但这是第一次仅使用太阳能利用“人造树叶”生产如此复杂的化学品。
  此研究论文的第一作者MotiarRahaman博士提供了更多细节，“将阳光照射在‘人造树叶’上，并从二氧化碳和水中获得液体燃料是一种惊人的化学反应。通常，当你试图用‘人造树叶’装置将二氧化碳转化为另一种化学产品时，你几乎总是得到一氧化碳或合成气，但在这里，我们已经能够生产出一种实用的液体燃料，只需要利用太阳能。这是一个令人兴奋的进步，为我们的研究工作开辟了全新的途径”。
  目前，这个设备只是一个概念验证，仅显示出适度的效率。剑桥大学研究人员正在努力优化光吸收器，使其能够更好地吸收阳光，并优化催化剂，使其能够将更多的阳光转化为燃料。进一步的工作还需要使该设备可扩展，以便生产大量的燃料。
  “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，”赖斯纳教授说，“重要的是，我们可以超越最简单的分子，在我们从化石燃料过渡的过程中，制造出直接有用的东西。”
  这项研究得到了欧盟委员会玛丽斯克沃多夫斯卡-居里奖学金，剑桥信托基金，以及温顿可持续发展物理学项目的部分支持。ErwinReisner是剑桥大学圣约翰学院研究员，MotiarRahaman是剑桥大学圣约翰学院副研究员。
  “人造树叶”技术是一个相当广泛的想法，利用太阳能来执行或驱动反应。从二氧化碳和水变成燃料似乎是个好主意。
  但仍有很多问题需要解决。虽然让水和二氧化碳接近并不困难，但要找到合适的条件可能很难。比例、温度、污染、能量输入水平和其他相关因素参数都必须计算出来，然后制造出具有经济意义的“人造树叶”。
  这很可能是可以做到的，也应该做到。但直到数亿年前，大自然才发现，氢与碳相连，可以储存能量，形成有用的分子。大多数重大科技进步都是在漫长时光中徐步而来。就碳氢化合物而言，至少到目前为止，大自然尚未找到更好的方式。
  这表明这项技术可能是最好的想法之一，希望该研究前景光明。