无线设备利用阳光、二氧化碳和水制造清洁燃料

研究人员开发了一种独立设备，可将阳光、二氧化碳和水转化为碳中性燃料，无需任何额外组件或电力。

该设备由剑桥大学的一个团队开发，是朝着实现人工光合作用迈出的重要一步——这是一种模仿植物将阳光转化为能量的能力的过程。它基于先进的“照相片”技术，将阳光、二氧化碳和水转化为氧气和甲酸——一种可直接使用或转化为氢气的可储存燃料。

结果发表在《自然能源》杂志上，代表了一种将二氧化碳转化为清洁燃料的新方法。无线设备可以扩大规模并用于类似于太阳能农场的能源“农场”，利用阳光和水生产清洁燃料。

收集太阳能将二氧化碳转化为燃料是减少碳排放和摆脱化石燃料的一种有前途的方法。然而，生产这些没有不需要的副产品的清洁燃料是一项挑战。

“很难实现具有高度选择性的人工光合作用，因此你将尽可能多的阳光转化为你想要的燃料，而不是留下很多浪费，”第一作者钱博士说来自剑桥大学化学系的王。

“此外，气体燃料的储存和副产品的分离可能很复杂——我们希望能够清洁生产一种液体燃料，这种燃料也可以很容易地储存和运输，”Erwin Reisner 教授说。论文的资深作者。

2019 年，Reisner 团队的研究人员开发了一种基于“人造叶片”设计的太阳能反应堆，该反应堆还利用阳光、二氧化碳和水来生产一种燃料，即合成气。新技术的外观和行为与人造叶子非常相似，但以不同的方式工作并产生甲酸。

虽然人造叶子使用来自太阳能电池的组件，但新设备不需要这些组件，并且仅依赖嵌入在片材上的光催化剂来生产所谓的光催化剂片材。这些薄片由半导体粉末制成，可以轻松且经济地大量制备。

此外，这项新技术更强大，可以生产更易于储存的清洁燃料，并显示出大规模生产燃料产品的潜力。测试单元的大小为 20 平方厘米，但研究人员表示，将其扩大到几平方米应该相对简单。此外，甲酸可以在溶液中积累，并被化学转化为不同类型的燃料。

“我们对它在选择性方面的效果感到惊讶——它几乎不产生副产品，”王说。“有时事情并没有你预期的那么好，但这是一个罕见的情况，它实际上工作得更好。”

该二氧化碳转化钴基催化剂易于制备且相对稳定。虽然这项技术比人造叶子更容易扩大规模，但在考虑任何商业部署之前，仍需要提高效率。研究人员正在试验一系列不同的催化剂，以提高稳定性和效率。

目前的结果是与该研究的合著者东京大学的 Kazunari Domen 教授团队合作获得的。

研究人员现在正在努力进一步优化系统并提高效率。此外，他们正在探索在设备上使用其他催化剂来获得不同的太阳能燃料。

“我们希望这项技术将为可持续和实用的太阳能燃料生产铺平道路，”赖斯纳说。