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劍橋大學的研究人員開發出一種太陽能技術，可將二氧化碳和水轉化為液體燃料，并將其作為即用型燃料直接添加到汽車發動機中。有關這一新技術的相關內容發表在了《自然能源》上。 研究人員利用光合作用，直接將二氧化碳、水和陽光轉化為多碳燃料——乙醇和丙醇，此類燃料具有高能量密度，易于儲存和運輸。 與化石燃料相比，該太陽能燃料碳排放為零，且完全可再生；而同大多數生物乙醇相比，此類燃料也不會占用任何用于糧食生產的農業用地。 盡管該技術仍處于實驗階段，但研究人員表示，他們研發的“人造樹葉”將成為化石能源經濟體進行能源轉型的重要一環。 生物乙醇由植物制成，不含化石燃料，因而備受追捧，被人們視為更清潔的汽油替代品。如今，道路上大多數汽車和卡車使用的汽油中乙醇含量高達10%（E10燃料）。 據美國農業部數據顯示，美國作為世界上最大的生物乙醇生產國，其玉米種植總量中，近45%用于乙醇生產。 歐文·萊斯納（Erwin Reisner）教授是該項研究的負責人，他指出：“像乙醇這樣的生物燃料技術之所以引發爭議，主要是因為其占用了農業用地。” 近年來，萊斯納位于優素福·哈米德（Yusuf Hamied）化學部門的研究團隊受光合作用（即植物將陽光轉化為養料的過程）的啟發，一直在利用“人造樹葉”開發可持續的零碳排燃料。 迄今為止，這些“人造樹葉”只能用于制造簡單的化學物質，如合成氣（一種氫氣和一氧化碳的混合物，用于生產燃料、藥品、塑料和化肥）。 但為了增強該技術的實用性，研究人員還需要在光照條件下，利用該技術直接生產出更為復雜的化學物質。 現在，“人造樹葉”可用于直接生產清潔乙醇和丙醇，而無需生產合成氣這一中間步驟。研究人員開發了一種銅鈀催化劑，并對其進行優化，使人造樹葉能夠生產更復雜的化學物質，尤其是多碳醇乙醇和正丙醇。這兩種醇都是高能量密度燃料，易于運輸和儲存。 此前，其他科學家已經通過電力生產出類似的化學物質，但“人造樹葉”技術僅利用太陽能就能產出如此復雜的化學物質，這是界內一重大突破。 該論文第一作者莫迪亞爾·拉哈曼博士（Dr Motiar Rahaman）提供了更多細節：“將陽光照射在人造樹葉上，隨后從二氧化碳和水中獲取液體燃料，這一化學反應令人驚嘆。通常情況下，當你試圖通過人造樹葉設備將二氧化碳轉化為另一種化學產品時，你總會得到一氧化碳或合成氣。但現在，我們已經成功利用太陽能生產出一種實用液體燃料。這一突破振奮人心，它為我們接下來的工作開辟了全新路徑。” 目前，該設備僅是一個概念的驗證，其實際效率仍有待發掘。 研究人員正在努力優化光吸收劑，使其能更好地吸收太陽光，并優化催化劑，以將更多陽光轉化為燃料。 此外，研究人員還需進一步增加設備，從而實現燃料的大批量生產。 萊斯納表示：“盡管還有很多工作要做，但我們已經展示了這些人造樹葉的能力。最重要的是我們想要借此證明——在能源轉型的過程中，我們可以超越最簡單的分子，直接制造出實用型化學產品。” 該項研究得到了歐盟委員會瑪麗·斯克多夫斯卡·居里獎學金、劍橋信托基金和溫頓可持續發展物理學項目的部分支持。 |
