科学家利用太阳能从生物质中生产清洁的氢

2020-02-04 17:29:20

剑桥大学的一组科学家已经开发出一种利用太阳能来生产既可持续又相对便宜的燃料的方法。它利用自然光从生物质中产生氢。

现代社会面临的挑战之一是如何处理废物。随着自然资源的丰富程度下降,利用废物作为能源对政府和企业来说都变得越来越紧迫。

自有记录的历史开始以来,生物质一直是热量和能量的来源。地球上的石油储备来自于远古生物,它们经受了数百万年的高压和高温。木质纤维素是植物生物量的主要组成部分,到目前为止,木质纤维素转化为氢的过程只是通过气化过程实现的,即利用高温将其充分分解。

剑桥大学化学系的Moritz Kuehnel博士是发表在《自然能源》上的一篇新研究论文的联合第一作者,他说:

“木质纤维素是自然界的钢筋混凝土。它由坚固的、高度结晶的纤维素纤维组成,这些纤维与木质素和半纤维素交织在一起,充当胶水。这种坚硬的结构使植物和树木具有机械稳定性,并保护它们不被降解,这使得木质纤维素的化学利用变得非常具有挑战性。”

这项新技术依赖于一个简单的光催化转化过程。催化纳米颗粒被添加到碱水中,其中生物质悬浮。然后把它放在实验室的一盏模拟太阳光的灯前面。该解决方案是理想的吸收这种光,并转换成气态氢生物质,然后可以从头顶空间收集。氢不含燃料电池抑制剂,如一氧化碳,它可以被用作动力。

纳米颗粒能够从太阳能中吸收能量,并利用它进行复杂的化学反应。在这种情况下,它重新排列水和生物质中的原子,形成氢燃料和其他有机化学物质,如甲酸和碳酸盐。

该研究的联合首席作者,也是化学系的David Wakerley博士说:

“生物质能中储存了大量的化学能,但它是未经提炼的,所以你不能指望它在复杂的机械中工作,比如汽车引擎。我们的系统能够将组成生物质的长而杂乱的结构转化为氢气,这是非常有用的。我们特别设计了一种催化剂和解决方案的组合,利用阳光作为能源来实现这种转化。有了这个装置,我们可以简单地向系统中添加有机物,然后,如果天气晴朗,就可以生产氢燃料。”

该团队在他们的实验中使用了不同类型的生物质。木材、纸张和树叶被放置在试管中,暴露在阳光下。生物量事先不需要任何处理。

这项技术是由剑桥大学的克里斯蒂安多普勒可持续合成气化学实验室开发的。实验室主任Erwin Reisner博士补充道:

“我们的太阳能技术是令人兴奋的,因为它能够在环境条件下从未经处理的生物质生产清洁的氢。我们认为这是一个新的和可行的替代高温气化和其他可再生的氢气生产方式。

未来的发展可以在任何规模上进行设想,从离网应用的小型设备到工业规模的工厂,我们目前正在探索一系列潜在的商业选择。”


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