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以色列和意大利科學家開發出太陽能轉化制取氫燃料技術
發布者:lzx | 來源:IEEE電氣電子工程師學會 | 0評論 | 3892查看 | 2020-10-23 10:44:24    

據報道,以色列和意大利科學家已經開發出一種將太陽能轉化為氫燃料的可再生能源技術,這項技術正處于“實用”可行性的門檻邊緣。


這項新(xin)的太陽能技術(shu)將提供一種可持續的方(fang)式,將水和(he)陽光轉化為燃(ran)(ran)料(liao)電(dian)池的可儲(chu)存能源,而所儲(chu)存的電(dian)力可以并入電(dian)網,也可用于由燃(ran)(ran)料(liao)電(dian)池驅動的卡車、火車、汽車、輪船、飛機或工業流(liu)程。


海(hai)法(fa)以色列(lie)理工(gong)學(xue)(xue)院化學(xue)(xue)副(fu)教(jiao)授Lilac Amirav說:“可以把這項研究(jiu)看作(zuo)是一種(zhong)人工(gong)光合作(zuo)用(yong)。”(如果能(neng)擴(kuo)大規模,這項技術最終將(jiang)成為“太陽能(neng)工(gong)廠(solar factories)”的基礎,在這些(xie)工(gong)廠中,太陽能(neng)集(ji)熱器(qi)陣列(lie)將(jiang)水分解成氫氣燃料(liao),以及(ji)一種(zhong)或多種(zhong)其他工(gong)業化學(xue)(xue)品(pin)。)


Amirav說(shuo):“我們(men)(從)一(yi)種與太(tai)(tai)陽(yang)能電池(chi)板(ban)非常相似(si)的(de)半(ban)導體開始研(yan)究。”但是(shi),他們(men)研(yan)究的(de)不(bu)是(shi)利用(yong)太(tai)(tai)陽(yang)光釋(shi)放電子(zi)電流的(de)光電路線,而是(shi)利用(yong)太(tai)(tai)陽(yang)光有效地、經濟地從水分子(zi)中剝離氫。


迄今為止最大(da)的障(zhang)礙是氫和氧一旦分裂就很容易(yi)再結(jie)合,也就是說,除非(fei)能在反應中引入催(cui)化(hua)劑(ji),使水的兩個組(zu)成元素彼(bi)此分離。


因此,Amirav及(ji)其同(tong)事(shi)開發了一種棒狀納(na)(na)米顆粒,長(chang)50-60納(na)(na)米,直徑(jing)只有(you)(you)4.5納(na)(na)米,頂端(duan)都有(you)(you)直徑(jing)2-3納(na)(na)米的鉑球,就(jiu)像固(gu)定在吸管(guan)末端(duan)的納(na)(na)米彈珠。


自(zi)2010年以來,該團隊一直(zhi)在(zai)調整設(she)計,以最(zui)大限度地(di)(di)提高(gao)棒狀(zhuang)納米顆粒的性能(neng),將“太陽能(neng)轉化為化學能(neng)”,盡可能(neng)多地(di)(di)提取氫氣和(he)多余能(neng)量。


從水中生成氫分子的(de)同(tong)時(shi),也會產(chan)生氧(yang)氣,必須合理處理這些副(fu)產(chan)品(pin)。Amirav說(shuo):“氫是一種燃料,當你(ni)(ni)考慮人工光合作用時(shi),你(ni)(ni)關心的(de)是氫。在這一過程中,氧(yang)不是一個有趣的(de)產(chan)物,它(ta)是一個瓶頸(jing)。”


從水分(fen)子中分(fen)裂出來的(de)氧(yang)氣,也(ye)會(hui)帶走(zou)反(fan)應能量,這是無(wu)法回避的(de)事實。如果不對(dui)其加以利用,最終會(hui)浪費太陽能,導致整體反(fan)應效率下降。


因此(ci),研究人員(yuan)在這一過程中加入另一反應。他們的鍍鉑納米棒催化劑(ji),不僅可以利用(yong)太陽能將水轉化為氫,還(huan)能利用(yong)釋(shi)放出(chu)來的氧氣,將有機(ji)分子芐胺轉化為工業化學物質苯甲醛(通常用(yong)于染(ran)料、香料提取(qu)物和(he)香水)。


總而言(yan)之,這(zhe)類納米棒可以將入射(she)陽(yang)光能(neng)(neng)量(liang)的(de)(de)4.2%轉化(hua)為(wei)化(hua)學鍵(jian)。僅僅考慮到氫燃料(liao)的(de)(de)能(neng)(neng)量(liang),就(jiu)可以將3.6%的(de)(de)太陽(yang)能(neng)(neng)轉化(hua)為(wei)儲存燃料(liao)。這(zhe)些數字可能(neng)(neng)看起(qi)來微不足(zu)道,但仍高于以前技術所能(neng)(neng)達(da)到的(de)(de)1-2%。根據美國(guo)能(neng)(neng)源部的(de)(de)數據,效(xiao)率達(da)到5-10%,是太陽(yang)能(neng)(neng)制(zhi)氫“實際(ji)可行(xing)的(de)(de)門檻”。


今年2月(yue)至8月(yue)間(jian),Amirav和(he)她的(de)同事在歐洲納米(mi)能源和(he)化學雜志上(shang)發表(biao)了上(shang)述(shu)創新(xin)成(cheng)果(guo)。他(ta)們最近(jin)還(huan)在美國化學學會秋季網絡會議上(shang)展示(shi)了他(ta)們的(de)研(yan)究成(cheng)果(guo)。


在(zai)報(bao)告(gao)中,描(miao)述了他(ta)(ta)們(men)(men)未來的(de)(de)(de)(de)工作(zuo)方向。Amirav說:“我們(men)(men)正在(zai)尋找替(ti)代的(de)(de)(de)(de)有機(ji)轉化(hua)。”她(ta)(ta)和她(ta)(ta)的(de)(de)(de)(de)合作(zuo)者希望,通過這種方式,他(ta)(ta)們(men)(men)的(de)(de)(de)(de)太(tai)陽(yang)能(neng)工廠可(ke)以生(sheng)產氫燃料(liao)和一系列(lie)其他(ta)(ta)有用(yong)的(de)(de)(de)(de)工業副產品(pin)。在(zai)未來,他(ta)(ta)們(men)(men)的(de)(de)(de)(de)人工光合作(zuo)用(yong)過程可(ke)以產生(sheng)低排(pai)放能(neng)量(liang),加上(shang)一些有益的(de)(de)(de)(de)化(hua)學(xue)提取物,作(zuo)為“實(shi)際”和“可(ke)行”的(de)(de)(de)(de)副產品(pin)。

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