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

   2020-09-09 蓋世汽車網(wǎng)

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核心提示:據(jù)外媒報(bào)道,以色列和意大利科學(xué)家開發(fā)出一種可再生能源技術(shù),可將太陽能轉(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)。圖

據(jù)外媒報(bào)道,以色列和意大利科學(xué)家開發(fā)出一種可再生能源技術(shù),可將太陽能轉(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)。

圖片來源:spectrum

這種新的太陽能技術(shù)將以一種可持續(xù)的方式,將水和陽光轉(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、火車、汽車、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“太陽能工廠”的基礎(chǔ),其中太陽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:“我們從一種半導(dǎo)體開始,它與太陽能電池板上的半導(dǎo)體非常相似。”但是,他們研究的不是利用太陽光釋放電子電流的光電路線,而是利用太陽光有效地、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,除非能在反應(yīng)過程中加入催化劑,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:“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的氧氣,也會(huì)帶走反應(yīng)能量,這是無法回避的事實(shí)。如果不對(duì)其加以利用,最終會(huì)浪費(fèi)太陽能,導(dǎo)致整體反應(yīng)效率下降。因此,研究人員在這一過程中加入另一反應(yīng)。他們的鍍鉑納米棒催化劑,不僅可以利用太陽能將水轉(zhuǎn)化為氫,還能利用釋放出來的氧氣,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,這類納米棒可以將入射陽光能量的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%的太陽能轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存燃料。這些數(shù)字可能看起來微不足道,但仍高于以前技術(shù)所能達(dá)到的1-2%。根據(jù)美國能源部的數(shù)據(jù),效率達(dá)到5- 10%,是太陽能制氫“實(shí)際可行的門檻”。

研究人員通過人工智能數(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,未來可以產(chǎn)生低排放能源,以及一些有益的化學(xué)提取物。



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