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以色列研究人員開發太陽能制氫技術 有望投入實際應用

   2020-09-09 蓋世汽車網

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核心提示:據外媒報道,以色列和意大利科學家開發出一種可再生能源技術,可將太陽能轉化為氫燃料。據稱,該技術正處于實際可行的臨界點。圖

據外媒報道,以色列和意大利科學家開發出一種可再生能源技術,可將太陽能轉化為氫燃料。據稱,該技術正處于“實際”可行的臨界點。

圖片來源:spectrum

這種新的太陽能技術將以一種可持續的方式,將水和陽光轉化為可供燃料電池存儲的能源,而所儲存的電力可以并入電網,也可用于由燃料電池驅動的卡車、火車、汽車、輪船、飛機或工業流程。以色列理工學院化學系副教授Lilac Amirav表示,可以把這項研究看作是一種人工光合作用。(如果可以擴大規模,該技術最終將成為“太陽能工廠”的基礎,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化學品。)

Amirav說:“我們從一種半導體開始,它與太陽能電池板上的半導體非常相似。”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、經濟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合。也就是說,除非能在反應過程中加入催化劑,使這兩種元素彼此分離。因此,Amirav及其同事開發了一種棒狀納米顆粒,長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,該團隊一直在調整設計,以最大限度地提高棒狀納米顆粒的性能,將“太陽能轉化為化學能”,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,也會產生氧氣,必須合理處理這些副產品。Amirav說:“氫是一種燃料,當你考慮人工光合作用時,你關心的是氫。在這一過程中,氧不是一個有趣的產物,它是一個瓶頸。”從水分子中分裂出來的氧氣,也會帶走反應能量,這是無法回避的事實。如果不對其加以利用,最終會浪費太陽能,導致整體反應效率下降。因此,研究人員在這一過程中加入另一反應。他們的鍍鉑納米棒催化劑,不僅可以利用太陽能將水轉化為氫,還能利用釋放出來的氧氣,將有機分子芐胺轉化為工業化學物質苯甲醛(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%轉化為化學鍵。僅僅考慮到氫燃料的能量,就可以將3.6%的太陽能轉化為儲存燃料。這些數字可能看起來微不足道,但仍高于以前技術所能達到的1-2%。根據美國能源部的數據,效率達到5- 10%,是太陽能制氫“實際可行的門檻”。

研究人員通過人工智能數據挖掘專家進行新研究,以進一步提高效率。Amirav表示:“我們正在尋找可替代的有機轉換方案。”研究人員希望,他們的太陽能工廠可以生產氫燃料和其它一系列有用的工業副產品。利用他們的人工光合作用工藝,未來可以產生低排放能源,以及一些有益的化學提取物。



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