二氧化碳將變成新能源!劍橋大學生找到方法,加入陽光即可實現

天空之城 2020/09/07 檢舉 我要評論

進入21世紀之前,人類就已經發明出了利用核裂變反應來產生電能,也發現了可以通過各種方式來將大自然的能量轉化為電能,例如太陽能發電、風能發電、潮汐發電等等。時隔二十年,人類的新能源事業再上一個臺階,各國的科研團隊提出了新的產能方式,例如以下所介紹到的人工光合作用裝置。

根據報導,《自然·能源》期刊上發表了一篇來自劍橋大學團隊投稿的研究論文。該論文指出劍橋大學的科研團隊發明了一種更加靠近實現人工光合作用的裝置,該裝置可以類比綠色植物的光合作用將陽光轉化為能量。陽光是地球上最充足的自然能源之一,但是人類一直無法對它進行充分利用,這次的新發明可以達到這一目標嗎?

光合作用

在介紹該發明之前,我們首先需要瞭解一下什麼是光合作用。簡單點講,光合作用就是綠色植物吸收太陽光後,在植物細胞內部的葉綠體中進行光合反應,將吸收的二氧化碳和水轉化為有機物和氧氣。詳細點講光合作用分為光反應和暗反應兩個階段,同時還設計了太陽光吸收、電子的轉移、碳元素的同化等複雜步驟。

如果地球上哪一種反應為生命的出現創造了機會,那一定是光合作用。研究發現,早期地球大氣中氧氣十分稀少,但在藻類植物出現之後,它們利用光合作用瘋狂生長,同時大量吸收大氣中的二氧化碳,並向大氣釋放氧氣,這才有了後面適宜動物生存的環境。現在也是如此,如果沒有綠色植物的光合作用,地球很快就會「枯萎」。

該裝置有何特點和優點?

實際上該裝置並非第一個實現將太陽能轉化為其他能量的發明,但是幾乎所有的方法都會產生不必要的副產物或者需要消耗化石能源,因此如何在利用太陽能將二氧化碳轉化為其它能量的同時不產生副產物是需要攻克的難題。劍橋團隊新發明的裝置做到了這一點,它能夠在不消耗化石能源和電力的情況下轉化二氧化碳,同時不會產生有害氣體。

在研發出該裝置之後,研究人員對它進行了多次試驗,所有試驗結果都未發現有副產物的產生,產物一直都是氧氣和甲酸,而甲酸是一種可儲存燃料,人類可以直接使用它或者把它當作轉化為氫氣的原料。此外,該裝置所產生的甲酸容易儲存和運輸,安全性和便捷性都比以往的產能方式好。

這一技術的應用前景如何?

雖然該技術具有以上所說的諸多特點和優點,但是它在真正投入商業應用前還需要進行改造,以提高能量轉化率。研究人員注意到,在該裝置將二氧化碳轉化為氧氣和甲酸的過程中,除了需要陽光的説明之外,還需要鈷基催化劑的催化,因此接下來研究人員將從催化劑入手,尋找提高反應穩定性和效率的方法。

儘管目前全球的太陽能轉化設備的轉化率還不足50%,但是許多面積廣闊、日照充足的地方已經大規模應用太陽能發電。如果劍橋團隊所研發的裝置能夠投入到商業應用,那麼它也有可能像太陽能電池那樣得到大規模應用,屆時這種類似「人造樹葉」的裝置可能會替代太陽能電池板,成為新能源領域的新寵。

在地球環境、氣候的形勢越來越嚴峻的情況下,如何逐漸實現可持續發展是決定人類文明是否能夠延續下去的重要問題。能源行業作為支撐人類文明同時給地球環境帶來巨大負擔的行業,需要多思考如何轉變產能方式,如何降低溫室氣體的排放,如何降低對環境的污染。因此,類似劍橋大學團隊研發的裝置是這個時代所需要的發明,希望會有越來越多的發明出現。

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