「人造葉」設備啟蒙自光合作用,可生產乾淨燃料「合成氣」

「人造葉」設備啟蒙自光合作用,可生產乾淨燃料「合成氣」
科學家開發出太陽能燃料領域一種新設備,可以利用陽光將水、二氧化碳轉化成用來發電的燃料「合成氣」,因轉化過程有如植物光合作用,而被暱稱為「人造葉」。

多數人可能沒聽過合成氣(Syngas/synthesis gas,也稱水煤氣),但你每天都會接觸到由合成氣製成的產品。合成氣是一種利用氣化技術(gasification technology)將煤炭、石油、生質物等含碳原料轉化成一氧化碳與氫氣、然後混合而成的產物,本身可充當燃料氣體,主要用途為發電,也可用來生產藥品、塑膠、肥料等。

而英國劍橋大學團隊受植物光合作用啟發,設想是否有種裝置能模仿光合作用將二氧化碳轉化為能量,於是花費多年時間設計出人造葉,包含 2 種先進的鈣鈦礦光吸收劑和 1 種由鈷製成的分子催化劑,前者作用類似植物中吸收陽光的分子,和其他由矽或染料敏化材料製成的光吸收劑相比,鈣鈦礦可提供更高的電壓與電流驅動化學反應;後者則是代替鉑或銀,不僅成本較低,催生一氧化碳的表現也比其他催化劑好。

當把設備浸泡在水中時,一個光吸收劑會藉催化劑產生氧氣,另一個則進行化學反應,將二氧化碳和水還原成一氧化碳和氫氣,也就是混合物「合成氣」。

這道新設備生成合成氣的方法與目前傳統工業方法不同,且科學家確保該設備不會將任何多餘的二氧化碳釋放到大氣中;此外研究人員發現即使在陰天或下雨天,光吸收劑也能正常工作,第一作者 Virgil Andrei 表示,這代表設備可以在世界各地、各種季節、一天中各個時段中使用,沒有太大的外在環境限制。

下一階段研究人員希望技術更加精進,不是先製造出合成氣再將其轉化為液體燃料,而是直接一個步驟將二氧化碳和水轉化成液體燃料。新論文發表在《自然材料》(Nature Materials)期刊。

Artificial leaf could turn sunlight into sustainable alternative to petrol, say scientists
Turning sunlight into syngas
‘Artificial leaf’ successfully produces clean gas

(首圖來源:劍橋大學)

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