以色列研究人員開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能制氫技術(shù) 有望投入實(shí)際應(yīng)用

據(jù)外媒報(bào)道，以色列和意大利科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一種可再生能源技術(shù)，可將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為氫燃料。據(jù)稱，該技術(shù)正處于“實(shí)際”可行的臨界點(diǎn)。

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這種新的太陽(yáng)能技術(shù)將以一種可持續(xù)的方式，將水和陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為可供燃料電池存儲(chǔ)的能源，而所儲(chǔ)存的電力可以并入電網(wǎng)，也可用于由燃料電池驅(qū)動(dòng)的卡車(chē)、火車(chē)、汽車(chē)、輪船、飛機(jī)或工業(yè)流程。以色列理工學(xué)院化學(xué)系副教授Lilac Amirav表示，可以把這項(xiàng)研究看作是一種人工光合作用。(如果可以擴(kuò)大規(guī)模，該技術(shù)最終將成為“太陽(yáng)能工廠”的基礎(chǔ)，其中太陽(yáng)能集熱器陣列將水分解成氫燃料，以及一種或多種工業(yè)化學(xué)品。)

Amirav說(shuō):“我們從一種半導(dǎo)體開(kāi)始，它與太陽(yáng)能電池板上的半導(dǎo)體非常相似。”但是，他們研究的不是利用太陽(yáng)光釋放電子電流的光電路線，而是利用太陽(yáng)光有效地、經(jīng)濟(jì)地從水分子中剝離氫。

到目前為止，最大的障礙是氫和氧一旦分離就很容易重新結(jié)合。也就是說(shuō)，除非能在反應(yīng)過(guò)程中加入催化劑，使這兩種元素彼此分離。因此，Amirav及其同事開(kāi)發(fā)了一種棒狀納米顆粒，長(zhǎng)50-60納米，直徑只有4.5納米，頂端都有直徑2-3納米的鉑球，就像固定在吸管末端的納米彈珠。自2010年，該團(tuán)隊(duì)一直在調(diào)整設(shè)計(jì)，以最大限度地提高棒狀納米顆粒的性能，將“太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能”，盡可能多地提取氫氣和多余能量。

從水中生成氫分子的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生氧氣，必須合理處理這些副產(chǎn)品。Amirav說(shuō)：“氫是一種燃料，當(dāng)你考慮人工光合作用時(shí)，你關(guān)心的是氫。在這一過(guò)程中，氧不是一個(gè)有趣的產(chǎn)物，它是一個(gè)瓶頸。”從水分子中分裂出來(lái)的氧氣，也會(huì)帶走反應(yīng)能量，這是無(wú)法回避的事實(shí)。如果不對(duì)其加以利用，最終會(huì)浪費(fèi)太陽(yáng)能，導(dǎo)致整體反應(yīng)效率下降。因此，研究人員在這一過(guò)程中加入另一反應(yīng)。他們的鍍鉑納米棒催化劑，不僅可以利用太陽(yáng)能將水轉(zhuǎn)化為氫，還能利用釋放出來(lái)的氧氣，將有機(jī)分子芐胺轉(zhuǎn)化為工業(yè)化學(xué)物質(zhì)苯甲醛(通常用于染料、香料提取物和香水)。

總而言之，這類(lèi)納米棒可以將入射陽(yáng)光能量的4.2%轉(zhuǎn)化為化學(xué)鍵。僅僅考慮到氫燃料的能量，就可以將3.6%的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存燃料。這些數(shù)字可能看起來(lái)微不足道，但仍高于以前技術(shù)所能達(dá)到的1-2%。根據(jù)美國(guó)能源部的數(shù)據(jù)，效率達(dá)到5- 10%，是太陽(yáng)能制氫“實(shí)際可行的門(mén)檻”。

研究人員通過(guò)人工智能數(shù)據(jù)挖掘?qū)＜疫M(jìn)行新研究，以進(jìn)一步提高效率。Amirav表示:“我們正在尋找可替代的有機(jī)轉(zhuǎn)換方案。”研究人員希望，他們的太陽(yáng)能工廠可以生產(chǎn)氫燃料和其它一系列有用的工業(yè)副產(chǎn)品。利用他們的人工光合作用工藝，未來(lái)可以產(chǎn)生低排放能源，以及一些有益的化學(xué)提取物。