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| 【新能源】“人工葉”項目化解能源危機 |
| （時間:2009-9-3 9:08:18） |
英國科學家啟動的“人工葉”項目，試圖創(chuàng)造出一個可以進行光合作用的人工系統(tǒng)，為燃料電池或環(huán)保汽車提供能量
英國倫敦帝國學院(Imperial College London)最近啟動了一項金額達100萬英鎊的“人工葉”(artificial leaf)項目。所謂的“人工葉”可以模擬天然綠葉的光合作用，產(chǎn)生清潔燃料氫和甲醇，是解決未來能源問題的有效方案之一。
光合作用是物種進化的偉大成就，也是最有效的太陽能利用方式：一片綠葉相當于一個小型的綠色電站和有機工廠，它是地球上所有能量的來源，也是一切生命得以延續(xù)的前提條件。因此，光合作用原理已成為開發(fā)新一代清潔能源的鑰匙。迄今為止，太陽能的巨大潛力依然有待發(fā)掘，陽光照射地面一小時產(chǎn)生的能量可滿足所有人類一年所需。即使在2050年能源需求增長一倍的前提下，只需將太陽能的一小部分用于發(fā)電，未來的能源危機便可迎刃而解，全球變暖亦可得到有效控制。據(jù)“人工葉”項目負責人、英國倫敦帝國學院生物學家詹姆斯·巴伯(James Barber)介紹，2030年的全球能源消費預計將達20兆瓦，假如能夠利用10%的陽光照射量，那么人工光合系統(tǒng)只需覆蓋地球表面的0.16%便可滿足未來全球能量所需。
目前大多數(shù)太陽能系統(tǒng)均使用硅片直接發(fā)電，其成本遠高于煤、石油和天然氣等化石燃料。因此，科學家們一直致力于開發(fā)更高效、更便宜的替代能源。英國倫敦帝國學院的“人工葉”項目旨在研究綠葉的光合作用機制，最終創(chuàng)造出一個類似的人工系統(tǒng)，為燃料電池或環(huán)保汽車提供能量。據(jù)巴伯介紹，人工葉相當于一種來自大自然的太陽能電池，其結構與天然綠葉不盡相同，光合作用的效率卻遠勝于后者，可謂青出于藍而勝于藍。不僅如此，人工葉可以在干旱的沙漠地區(qū)安家落戶，無需侵占耕地。
據(jù)麻省理工學院化學家丹諾·諾塞拉(Dan Nocera)計算，一片人工葉每天只需分解數(shù)公升水，便可滿足一戶家庭的能量所需。然而，真正的挑戰(zhàn)來自將水轉化為有機物并釋放氫氣和氧氣這一過程。在可見光的照射下，植物將二氧化碳和水轉化為有機物，并釋放出氧氣和氫氣。氫氣是一種無污染的高能燃料，既可作為制造燃料電池的原料，也可與大氣中或化石燃料發(fā)電站排放的二氧化碳相結合產(chǎn)生甲醇，為汽車提供能量。即使用甲醇代替汽油亦無需對汽車引擎進行改裝。如今，科學家們已經(jīng)成功地從水中分離出氫氣，然而現(xiàn)有技術的成本極高，其原料包含有害化學物質，對運作環(huán)境的要求也非常高�！叭斯と~”項目的目標即是開發(fā)成本較低的催化劑，在常溫常壓下模擬光合作用的過程，為人們提供取之不盡用之不竭的氫能源。
英國倫敦帝國學院的化學家詹姆斯·達蘭特(James Durrant)最近開發(fā)出了一種以鐵銹為原料的催化劑。它可以促成水分解反應，然而效果卻不盡如人意。因此，達蘭特的研究小組正試圖通過改變鐵銹表層成分來提高效率，例如在氧化鐵的表面添加少量的鈷催化劑。
與此同時，諾塞拉亦以鈷和磷為原料制造出了可在室溫下促成水分解的催化劑，初步結果已發(fā)表在《科學》(Science)雜志上。諾塞拉指出，高效的水分解技術是儲存太陽能的有效方式。在白天，人工葉可以利用陽光分解水并制取氫氣；這些氫氣可以根據(jù)用戶需求在夜間發(fā)電。值得一提的是，這種化學燃料的單位能量儲量遠遠超過當今最先進的電池。英國能源研究中心(UK Energy Research Centre)的執(zhí)行主任約翰·拉夫翰德(John Loughhead)認為，“人工葉”的創(chuàng)意擁有巨大的潛力。就本質而言，太陽能是唯一的可持續(xù)能源。天然光合作用的存在證明了該項目的可行性和應用廣度。
如今，其他國家亦開始進行類似的研究。美國正準備批準一項經(jīng)費約為3500萬美元的聯(lián)邦研究，以鼓勵人們提供太陽能發(fā)電的創(chuàng)意，荷蘭方面也為此類研究提供了4000萬荷蘭盾的資助。
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