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人造葉片的發明可望以較乾淨的方式生產能源

2019/11/04 @國際

摘要

英國劍橋大學研究團隊運用特殊材料製作的人造葉,可將太陽能及其他元素轉化成合成氣,人造葉除可在陽光充足的晴天使用外,亦可在低光源的陰天下正常使用,不受緯度高低或季節變化的影響,該方法將有助於減少人們對化石燃料的依賴。

人造葉片的發明可望以較乾淨的方式生產能源

  有鑑於大氣中溫室氣體的濃度因大量燃燒化石燃料而上升,以碳中和(carbon neutral)的做法產生能源,將是能源永續的重要生產方法。英國劍橋大學(University of Cambridge)的研究團隊利用特殊材料製作的人造葉(artificial leaf)可將太陽能及其他元素轉化成合成氣(syngas,又譯水煤氣),該方法將有助於減少人們對化石燃料的依賴。
  合成氣係由氫氣及一氧化碳所組成,有別於以往耗費大量能源生產合成氣的做法,研究團隊所生產的合成氣是在太陽能驅動下由人造葉所生產的氣態能源。人造葉的發明靈感來自綠色植物葉片的光合作用現象,以陽光作為能量的來源,再藉由鈣鈦礦(perovskite)與釩酸鉍(BiVO4)兩種物質作為光吸收物質(photoabsorber),分別將水催化成氧氣,另外再將氧氣與二氧化碳進行後續氧化還原反應後,最終獲得合成氣。研究團隊在這過程中也發現,人造葉片除可在陽光充足的晴天使用外,亦可在低光源的陰天下正常使用,這也顯示人造葉可不受緯度高低或季節變化的影響,同樣可適用於乾淨燃料的生產方面。
  研究團隊的人造葉和其他團隊的人造葉相比下,可生產氫氣以外的一氧化碳,如此重大突破可歸功於鈣鈦礦材料的應用,以便後續的光催化反應及光化學合成的進行。除此之外,研究團隊以鈷(cobalt)取代鉑、銀等貴金屬做為新的化學催化劑的做法,也大幅降低整體生產成本,提高可應用性。
  目前研究團隊希望能基於現有的最新研究成果將氣體燃料液態化,並藉由相關技術轉化為永續液態燃料,做為替代石油的永續替代能源。
  該研究由奧地利聯邦數位經濟部(Austrian Federal Ministry for Digital and Economic Affairs)、奧地利國家研究技術暨發展基金(National Foundation for Research, Technology and Development)、英國生物技術及生物科學研究委員會(Biotechnology and Biological Sciences Research Council,簡稱BBSRC)等機構資助。詳細研究成果已發表在<Nature Materials>。

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