一步到位生产清洁液体燃料:只需太阳能和“人造树叶”
原创
2023-05-22 16:28 星期一
财联社 黄君芝
①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;
②这些燃料能量密度高,易于储存或运输;
③此前,这些“人造树叶”只能制造简单的化学物质,比如合成气。

财联社5月22日讯(编辑 黄君芝)据报道,英国剑桥大学(the University of Cambridge)化学系研究人员开发了一种基于“人造树叶”的太阳能技术,可以将二氧化碳和水转化为液体燃料,并能直接作为临时燃料驱动汽车发动机。

据悉,研究人员们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。最新研究结果已于近期发表在了《自然能源》杂志上。

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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,它们无需任何农业用地。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。

生物乙醇被吹捧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。现在路上的大多数汽车和卡车使用的汽油都含有高达10%的乙醇。美国是世界上最大的生物乙醇生产国:根据美国农业部的数据,美国种植的所有玉米中几乎有45%用于乙醇生产。

“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,”领导这项研究的Erwin Reisner教授说。几年来,Reisner领导的研究小组一直在利用“人造树叶”开发受光合作用启发的可持续的零碳燃料。

但此前,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。但为了使这项技术更实用,它需要能够在一个单一的太阳能步骤中直接生产更复杂的化学物质。

现在,在上述最新研究中,“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。

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据了解,研究人员开发了一种铜钯基催化剂。催化剂经过优化,使“人造树叶”能够产生更复杂的化学物质,特别是多碳醇、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。

尽管其他科学家已经能够利用电力生产类似的化学物质,但这是第一次仅利用太阳能和“人造树叶”生产如此复杂的化学物质。

该论文的第一作者Motiar Rahaman博士说:“将阳光照射到人造叶子上,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。通常情况下,当你试图用人造叶子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,我们已经能够利用太阳能生产出一种实用的液体燃料。这是一个令人兴奋的进步,为我们的工作开辟了全新的途径。”

不过目前,该设备只是一个概念验证,仅显示出适度的效率。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。此外,未来研究人员还需要进一步扩展该设备,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叶子的能力,”Reisner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。”

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