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科學家開發會光合作用的太陽能電池,能將 CO2 轉化成燃料!

美國伊利諾大學芝加哥分校(UIC)的研究團隊設計出一種突破性的新太陽能電池,能把大氣中的二氧化碳轉換成碳氫化合物(hydrocarbon)燃料,過程便宜又有效率,能一箭雙鵰解決現代社會的兩大挑戰:「減少大氣的碳含量」以及「有效率地製造高密度能源」。研究成果發布在 7 月 29 日的《科學》雜誌上,整個計畫由國家科學基金會與美國能源局贊助。

UIC 機械與工業工程助理教授兼論文通訊作者的阿敏.薩利希-寇金(Amin Salehi-Khojin)解釋:

這種新太陽能電池不是光伏作用,而是光合作用。過去為了製造能源,只能單向地從石化燃料製造溫室效應氣體,但現在我們能逆向操作,靠著陽光從大氣中回收碳來產生能源。

首圖來源:University of Illinois
首圖來源:University of Illinois

傳統的太陽能光伏電池是把陽光轉換成電能,然後儲存在電池中等待使用,而新太陽能電池更像是模仿植物光合作用的「人造仿生葉」,只不過植物吸收太陽光和二氧化碳後產生的是有機物,而電池產生的則是燃料。

其實不是沒有科學家想過用二氧化碳製造燃料,但過去最大的問題在於二氧化碳比較懶惰(誤),如果不用昂貴的貴金屬做催化劑,反應效率就很低。

而 UIC 研究團隊最重要的發現,就是他們找到一種比貴金屬速度快 1000 倍、價格又便宜 20 倍的新催化劑。那就是過渡金屬二硫族化合物(TMDCs)家族中的二硒化鎢奈米薄片(nanoflake tungsten diselenide)

科學家把這種催化劑搭配非典型離子液與水當電解質,再用兩塊 18 平方公分的矽三聯光伏電池接收陽光,當電池受到每平方公尺 100 瓦強度的光照(同等於陽光照射到地球表面的平均密度),會進行還原反應,打破二氧化碳的化學鍵,重新組成一種燃料氣體「合成氣(Syngas)」。合成氣由氫氣與一氧化碳混合,可直接燃燒,也可轉換成柴油或其他碳氫化合物燃料。

UIC 助教 Amin Salehi-Khojin (左)和博士後研究員 Mohammad Asadi 與他們的新創太陽能電池合影。圖片來源:University of Illinois
UIC 助理教授 Amin Salehi-Khojin (左)和博士後研究員 Mohammad Asadi 與他們的新創太陽能電池合影。圖片來源:University of Illinois

這種新電池技術的適應性強,不論是小規模的設備或大規模的太陽能電池廠都能應用。薩利希-寇金指出,如果我們能在火星上找到水,這套電池甚至可能應用在大氣充滿二氧化碳的火星上。

 

參考資料:

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首圖來源:Pixabay

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Valerie

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