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以色列研究人员开发太阳能制氢技术 有望投入实际应用

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58京牌 ,以色列和意大利科学家开发出一种可再生能源技术,可将太阳能转化为氢燃料。据称,该技术正处于“实际”可行的临界点。

图片来源:spectrum

这种新的太阳能技术将以一种可持续的方式,将水和阳光转化为可供燃料电池存储的能源,而所储存的电力可以并入电网,也可用于由燃料电池驱动的卡车、火车、汽车、轮船、飞机或工业流程。以色列理工学院化学系副教授Lilac Amirav表示,可以把这项研究看作是一种人工光合作用。(如果可以扩大规模,该技术最终将成为“太阳能工厂”的基础,其中太阳能集热器阵列将水分解成氢燃料,以及一种或多种工业化学品。)

Amirav说:“我们从一种半导体开始,它与太阳能电池板上的半导体非常相似。”但是,他们研究的不是利用太阳光释放电子电流的光电路线,而是利用太阳光有效地、经济地从水分子中剥离氢。

到目前为止,最大的障碍是氢和氧一旦分离就很容易重新结合。也就是说,除非能在反应过程中加入催化剂,使这两种元素彼此分离。因此,Amirav及其同事开发了一种棒状纳米颗粒,长50-60纳米,直径只有4.5纳米,顶端都有直径2-3纳米的铂球,就像固定在吸管末端的纳米弹珠。自2010年,该团队一直在调整设计,以最大限度地提高棒状纳米颗粒的性能,将“太阳能转化为化学能”,尽可能多地提取氢气和多余能量。

从水中生成氢分子的同时,也会产生氧气,必须合理处理这些副产品。Amirav说:“氢是一种燃料,当你考虑人工光合作用时,你关心的是氢。在这一过程中,氧不是一个有趣的产物,它是一个瓶颈。”从水分子中分裂出来的氧气,也会带走反应能量,这是无法回避的事实。如果不对其加以利用,最终会浪费太阳能,导致整体反应效率下降。因此,研究人员在这一过程中加入另一反应。他们的镀铂纳米棒催化剂,不仅可以利用太阳能将水转化为氢,还能利用释放出来的氧气,将有机分子苄胺转化为工业化学物质苯甲醛(通常用于染料、香料提取物和香水)。

总而言之,这类纳米棒可以将入射阳光能量的4.2%转化为化学键。仅仅考虑到氢燃料的能量,就可以将3.6%的太阳能转化为储存燃料。这些数字可能看起来微不足道,但仍高于以前技术所能达到的1-2%。根据美国能源部的数据,效率达到5- 10%,是太阳能制氢“实际可行的门槛”。

研究人员通过人工智能数据挖掘专家进行新研究,以进一步提高效率。Amirav表示:“我们正在寻找可替代的有机转换方案。”研究人员希望,他们的太阳能工厂可以生产氢燃料和其它一系列有用的工业副产品。利用他们的人工光合作用工艺,未来可以产生低排放能源,以及一些有益的化学提取物。

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