液体燃料 太阳能燃料 用太阳光和二氧化碳来驱动汽车
液体燃料太阳能燃料
太阳每一个小时照射到地球上的能量，就比人类一年消耗的能量还多。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。“如果能有效、经济地利用太阳能来制造化学燃料，就能彻底改变能源现状，”美国加州理工学院人工光合作用联合研究中心主任内森? 刘易斯(Nathan Lewis)评论说。
其中美国桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)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，能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1 500℃，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(Arun Majumdar)评论说，这种太阳能燃料系统“可谓一石四鸟”，即带给我们更清洁的能源供应，更高的能源保障，更低的二氧化碳排放和更小的气候变化影响。
在其他地方，例如瑞士联邦理工学院(Swiss Federal Institute of Technology)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，例如位于马萨诸塞州的Sun Catalytix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Liquid Light公司将二氧化碳气体导入一种电化学反应池来产生甲醇。此外，刘易斯本人也正在研制一种“人造树叶”(参见《环球科学》2010年第11期《人造树叶：阳光变燃料》)，它由一种半导体纳米线制成，能利用阳光将水分解成氢和氧。
当然，主要困难还是在实际应用上。在桑迪亚实验室，齿状氧化物总是破裂，阻碍了反应进行。“你让(氧化物)材料在1 500℃和900℃之间来回转，这对它们的要求很高，”亚利桑那州立大学LightWorks计划主任、未参与该项研究的化学家加里·德克斯(Gary Dirks)评论说。下一步计划是，在纳米尺度上加固氧化物的结构，或找到更合适的材料;圆盘状镜面的高昂造价也需要降低。根据桑迪亚实验室研究人员的计划，他们的合成气制造机能够生产出成本为10美元/加仑(约2.65美元/升)的燃料。“我们并非做不到这一点，但我们还有很长的路要走。”化学工程师詹姆斯? E ? 米勒(James E. Miller)说，他也是这项技术的发明者之一。
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