太陽能人工樹葉:光合作用直接產生汽車燃料?

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帶有人工樹葉的光反應器正在光照下運作。 圖片來源:Motiar Rahaman/University of Cambridge

劍橋大學科學家在「自然能源」期刊發表報告,其新研發的太陽能「人工樹葉」,能透過光合作用將陽光、二氧化碳和水轉化成乙醇和丙醇,直接用作推動汽車引擎的液體燃料;其能量密度極高,更方便儲存或運輸。現時該技術仍處於實驗階段,有望將來取代化石燃料,助世界邁向零碳排放的目標。

由植物製成的生物乙醇,被視為更環保的汽油替代品。現時大多數汽車和貨車使用的 E10 燃油含高達 10% 乙醇,而美國為全球最大的生物乙醇生產國,根據美國農業部資料,該國種植的粟米近 45% 是用來生產乙醇,但正因為生產這類生物燃料需佔用本來可生產糧食的農地,容易引起爭議。

新研發的太陽能技術,不但可產生零碳排放及完全可再生的生物燃料,更無需佔用可生產糧食的農地。領導該研究的 Erwin Reisner 教授從植物將陽光轉化為食物的光合作用中獲得啟發,與團隊開發出人造樹葉。這些人造樹葉起初只能製造簡單的化合物,如混合了氫氣和一氧化碳的合成氣,可用於生產燃料、藥物、塑料和肥料。

為了使該技術更實用,研究團隊其後開發出一種蘊含銅和鈀的催化劑,經改良後,能使人造樹葉只需透過光合作用,就能產生更複雜的化學物質 —— 多碳醇乙醇和正丙醇;整個過程還省卻生成合成氣的中間步驟,就能直接產生能量密度更高的燃料。

其他科學家已懂得使用電力生產類似的化學物質,但只靠太陽能和人造樹葉來產生如此複雜的化合物,卻是首次新嘗試。有份參與該研究的 Motiar Rahaman 博士稱:「通常,當你試圖用人造樹葉裝置將二氧化碳轉化為其他化學物質時,都會得出一氧化碳或合成氣,但今次我們只用太陽能就能生產出一種實用的液體燃料。這是一項令人興奮的突破,為日後的研究開辟了全新道路。」

研究團隊正努力改良吸光的材料及催化劑,試圖將更多陽光轉化為燃料;以及擴展裝置以便大量生產。Reisner 認為,儘管有關技術尚待進一步研發,但現時已展示出這些人造樹葉的潛力,證實能直接製造出可用燃料,實現遠離化石燃料的目標。