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人造树叶的未来:污水+阳光=能量

在日前举行的美国化学学会(American Chemical Society)第245次全国会议暨博览会上,丹尼尔·诺塞拉(Daniel Nocera)再一次展示了他们在人造树叶方面最新的研究成果。他表示:“我们发现了一个出人意料的事实:我们为人造树叶研制的一些催化剂被发现拥有‘自愈’能力,就好像他们是活的一样。这种新特性的意义十分重大,它的出现消除了我们对人造树叶应用方面的许多顾虑。”

诺塞拉和他的团队希望,那些用不上电的偏远地区和不发达国家人民能够依仗人造树叶拥有“个性化”的私人电站。该团队原先的成果是:不到1夸脱(1.14升)的饮用水加上人造树叶,就足以连续24小时提供100瓦功率的电源。而他们在人造树叶催化剂上发现的自愈能力,则消除了人造树叶对水质的要求——不再需要饮用级别的纯净水,污水也可以。这让人造树叶变得更加像天然树叶了。

“很多人研发的能源生成设备都过于复杂、昂贵,很难大规模生产应用。我们的人造树叶简单、廉价,关键是能够解决问题。我认为,人造树叶的出现会改变整个行业的格局。”

人造树叶的原理很简单,由一块普通的硅太阳能电池将光能转化为电能;在催化剂与电流的共同作用下,与设备接触的水分子再被电解为氢气与氧气。就目前的人造树叶而言,待克服的较大困难之一是转化效率低下,光能转化率不足4.7%。而在最近的一份研究报告中,诺塞拉和他的团队证明,现有的科技水平可以让人类将这个数字提高到16%甚至更高,而且这类所谓的“理论最高值”经常被后人在实践中突破。

先前版本的人造树叶之所以需要纯净水,是因为污水中的细菌会在树叶表面形成一层生物膜,阻碍氧气和氢气的生成。“催化剂的自我复原能力使得人造树叶在含有细菌的污水中也能照常工作。”诺塞拉说道,“我们找到了一种办法,将催化剂的表面扭曲化,这样就令其表面变得不光滑,使细菌无法在上面形成生物膜。然后催化剂的自愈能力可以使它通过重组回到扭曲前的工作状态。”

诺赛拉还表示,全世界目前大概有30亿人居住在缺乏传统电力供应和分销系统的地区,他们都需要人造树叶这样的清洁、便捷且廉价的能源来源。而目前,第三世界国家中有近10亿人口缺少洁净的水供给,这就使得赋予人造树叶在污水中工作的能力显得十分重要。“这种供能方式就像吃快餐,我们希望能够大规模大批量地生产某种廉价设备。只要能解决问题,效率低一些也没关系。如同计算机产业从大型计算机发展至个人笔记本,能源供给也会顺应个人化趋势。”诺塞拉说道。

 丹尼尔·诺赛拉坚信,人类终究会有一天能够解开“植物守护的秘密”——复制光合作用,用光和水制造能源。作为“人造树叶”项目的带头人,诺塞拉在2011年改良了十多年前美国国家可再生能源实验室约翰·特纳(John Turner)发明的首片人工树叶,将其中的贵金属材料用镍钼锌合金替代,极大地降低了成本,为人造树叶的广泛应用奠定了基础。依诺塞拉的规划,人造树叶的目标市场是偏远地区和不发达国家,那里有许多人用不上正常的电力供应系统,而人造树叶能够成为他们清洁便携的个人电站。

图片来源:ACS

 

诺塞拉的团队不仅更换了人造树叶的材质,用价格低廉的常见金属替换了贵金属,他们还研发了一套先进的制造工艺,被称为“buried junction”,让人造树叶可以以低廉的成本大规模制造。除了成本低廉外,人造树叶相对太阳能电池的另一大优势在于它可以在夜间使用。太阳能电池如果想在夜间供电就需要高成本的充电电池,而人造树叶生成的是氢气与氧气,很容易就可以储存起来供夜间使用。

根据目前透露的信息,诺塞拉的团队正在研发将氢气转化为某种液体燃料的途径,他们希望能够使用这种燃料给便携式发电机供能,甚至作为汽车的燃料。

 

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信息来源:ACS

文章图片:ACS 文章题图:Shutterlock

The End

发布于2013-04-10, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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