被寄予厚望的太阳能燃料

2015-10-16 15:25:00

太阳能是最丰富的可再生能源,每年只要利用到达地球表面太阳能0.02%左右就能满足目前人类的需求。如果科学家能够将过剩太阳能转化为液体燃料,哪怕只是一小部分,就能解决我们对化石燃料的依赖,以及由此带来的种种问题。

大连化物所院士李灿院士认为,太阳能电池和太阳能燃料作为可再生能源使用在原理上都是行得通的。太阳能电池已经应用在卫星上,将太阳能转化成像汽油一样的液体燃料也不是遥不可及的事情,现在关键是如何降低成本、提高效率。

美、英、法、德等15个国家和地区的太阳能研究领域的著名科学家和学者多位科学家也表示,发展可再生的、环境友好的能源,已经迫在眉睫,太阳能是最有可能解决人类面临的温室效应、环境污染等重大问题的可再生能源。澳大利亚国立大学教授托马斯?方斯说,现在公众对太阳能的认识还局限于太阳能发电和太阳能热水器等,并不知道太阳能还可以用来将空气中的二氧化碳和水转化成太阳能燃料。将来,人们可以利用太阳能,通过人工光合作用,将二氧化碳和水转化为人工植物甚至食物(人工光合成食物)。

在美国桑迪亚国家实验室(SandiaNationalLaboratories)开展的一项尝试非常吸引人。他们在新墨西哥州的沙漠中安装了一些直径6米的圆盘状镜面,将太阳光聚集到安放在盘面前方的一个半米长、形状像啤酒桶的圆柱形仪器上。太阳光被这些镜面聚焦后,从仪器表面的一个窗口射入,照射到里面12个以每分钟一圈的速度旋转的同轴圆环上。圆环的边缘是以齿状排列的氧化铁(铁锈)或氧化铈,它们依次旋转进光束,并被加热到1500℃,如此高的温度能驱出铁锈里的氧。当转到反应室较冷的暗处时,它们又能从注入反应室里的水蒸气或二氧化碳中把氧吸回去,剩下富含能量的氢气和一氧化碳。

这样产生的氢气—一氧化碳混合气体被称为合成气(syngas),它是化石燃料、化工原料甚至塑料在分子层面的基本原料。燃烧生成的合成气所释放的二氧化碳,还能被该过程全部吸收。美国高级研究计划局能源项目部主任阿伦?麦琴达尔(ArunMajumdar)评论说,这种太阳能燃料系统可以带来更清洁的能源供应、更高的能源保障,以及更低的二氧化碳排放和更小的气候变化影响。

在瑞士联邦理工学院(SwissFederalInstituteofTechnology)和美国明尼苏达大学,研究人员也在研发生产合成气的设备。还有一些新兴公司同时在寻求其他途径来达到类似目标,如美国马萨诸塞州的SunCatalytix公司将一种廉价催化剂泡入水中,并利用太阳能电池板产生的电力,来制备氢和氧,新泽西州LiquidLight公司将二氧化碳气体导入一种电化学反应池来产生甲醇。

当然,主要困难还是在实际应用上。太阳能研究,特别是太阳能燃料的研究是一项长远的研究,不可能在几年内就实现,化石能源、核能等传统能源与太阳能、风能等可再生能源之间的替换,应该根据各国的情况进行平缓的过渡,不宜采取统一模式。

我国陆地每年接收的太阳辐射总量相当于2.4×104亿吨标准煤,属于太阳能资源丰富的国家。利用太阳能,将水和二氧化碳高效转变为燃料或是光伏发电,不仅能消除二氧化碳的影响,而且可以使碳资源有效循环起来。

阅读原文