劍橋大學研發「人工光合作用」,可將二氧化碳轉換成燃料!

劍橋大學研發的相紙。圖片來源:Cambridge Research News

近幾十年來,隨著環保呼聲高漲,人類大力研究從陽光獲取能源的技術,除了常見的太陽能光電板之外,「人造光合作用」也是研究的項目之一。近期,劍橋大學科學家研究出一種基於相紙(photosheet)的人造光合作用機制,轉換效率高,沒有毒性副產物,而且成本低,是有望商業化的方案。

研究團隊將論文發表在《Nature Energy》期刊上。

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透過相紙,能將二氧化碳與水轉換成甲酸

相紙,或稱光觸媒紙(photocatalyst sheet),是人造光合作用的化學反應核心。相紙上有特殊的半導體粉末,被陽光照射後,能藉由鈷催化劑的協助,將二氧化碳、水轉換成氧氣與甲酸,而甲酸可以直接當燃料,也可以轉成氫氣,做為另一種乾淨能源。

論文第一作者 Qian Wang 表示,這個化學反應的特點,是它的選擇性(selectivity)很高;也就是說,它的轉換效率很高,不會有太多的副產物,而且它的副產物「氧氣」也沒有毒性。此外,甲酸能夠透過溶液的方式儲存,相對方便,也能轉換成不同的燃料。

雖然實驗室中的相紙尺寸僅為 20 x 20 cm,但研究團隊表示,相紙能夠輕易地放大,做成大型發電陣列,如同現在的太陽能電廠,成本卻不會暴增。

研究團隊實驗不同的催化劑,期望提升轉換效率

其實在 2019 年,劍橋大學研究人員也製造出一種人工光合作用機制「人造葉」,但這次發布的方案更有商業化的潛力;而相較於人造葉產生的合成氣,相紙產生的甲酸更容易儲存。

但相紙離商用化仍有段距離。研究團隊正在實驗不同的催化劑,期望提升能量轉換效率,也研究是否能合成其他的燃料。

光合作用是生物演化出的高效太陽能轉換機制。幾億年來,地球上的植物透過光合作用,將太陽能轉換成可利用的能量,並與自然環境達到微妙的平衡。由於化石燃料、核能都會產生有害廢棄物,人類開始師法自然,研究人造光合作用,期望創造出環保的能源方案。劍橋大學研發的相紙,是目前有可能商業化的方案之一。

參考資料

Nature Energy》、《Cambridge Research News》、《Science Alert》、《SciTech Daily

(本文提供合作夥伴轉載;首圖來源:Cambridge Research News。)

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