太阳能"人造叶"利用阳光生产出清洁的、可用于汽车的液体燃料

太阳能"人造叶"利用阳光生产出清洁的、可用于汽车的液体燃料来自剑桥大学的研究人员利用光合作用的力量，将二氧化碳、水和阳光在一个步骤中转化为多碳燃料--乙醇和丙醇。这些燃料具有很高的能量密度，可以很容易地储存或运输。与化石燃料不同，这些太阳能燃料产生净零碳排放，而且完全可再生，与大多数生物乙醇不同，它们不会从粮食生产中转移任何农业用地。虽然该技术仍处于实验室规模，但研究人员表示，他们的"人造树叶"是向基于化石燃料的经济过渡的重要一步。该结果在《自然-能源》杂志上刊出。生物乙醇被认为是汽油的清洁替代品，因为它是由植物而不是化石燃料制成的。今天在道路上行驶的大多数汽车和卡车都使用含有高达10%乙醇的汽油（E10燃料）。美国是世界上最大的生物乙醇生产国：根据美国农业部的数据，美国种植的所有玉米中几乎有45%被用于生产乙醇。领导这项研究的ErwinReisner教授说："像乙醇这样的生物燃料是一项有争议的技术，主要是因为它们占用了本可以用来种植粮食的农业用地。"带有人造叶子的光反应器在太阳照射下工作几年来，位于优素福-哈米德化学系的赖斯纳研究小组一直在开发可持续的零碳燃料，其灵感来自于光合作用--植物将阳光转化为食物的过程--利用人造叶子。到目前为止，这些人造叶子只能制造简单的化学品，如合成气，一种氢气和一氧化碳的混合物，用于生产燃料、药品、塑料和肥料。但是为了使该技术更加实用，它需要能够在单一太阳能供电的步骤中直接生产更复杂的化学品。现在，这种人造叶子可以直接生产清洁的乙醇和丙醇，而不需要生产合成气的中间步骤。研究人员开发了一种基于铜和钯的催化剂。该催化剂经过优化，允许人造叶子生产更复杂的化学品，特别是多碳醇的乙醇和正丙醇。这两种醇都是高能量密度的燃料，可以轻松运输和储存。其他科学家已经能够利用电力生产类似的化学品，但这是第一次只利用太阳的能量用人造叶子生产如此复杂的化学品。论文的第一作者MotiarRahaman博士说："将阳光照射在人造叶子上，并从二氧化碳和水中获得液体燃料，这是一个令人惊讶的化学过程。通常情况下，当你试图使用人造叶子装置将二氧化碳转化为另一种化学产品时，你几乎总是是得到一氧化碳或合成气，但在这里，我们已经能够仅仅使用太阳的力量来生产一种实用的液体燃料。这是一个令人兴奋的进步，为我们的工作开辟了全新的途径。"目前，该装置是一个概念验证，只显示出适度的效率。研究人员正在努力优化光吸收器，以便它们能够更好地吸收太阳光，并优化催化剂，以便它能够将更多的太阳光转化为燃料。还需要进一步的工作，使该装置可以扩展，以便它可以生产大量的燃料。"即使仍有工作要做，我们已经展示了这些人造叶子的能力，"Reisner说。"重要的是表明我们可以超越最简单的分子，制造出在我们过渡到远离化石燃料时直接有用的东西。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1360459.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1360459.htm

剑桥大学创造的新型太阳能设备可将脏水变成氢燃料和饮用水

剑桥大学创造的新型太阳能设备可将脏水变成氢燃料和饮用水研究人员发明了一种太阳能装置，可将脏水转化为清洁的氢气和净水图/ChanonPornrungroj/剑桥大光催化水分裂技术可将太阳光直接转化为可储存的氢气，但通常需要纯净水和土地来安装设备，同时还会产生无法利用的废热。由于水是一种宝贵的资源，利用任何未经处理的水源（如河流、海洋、水库或工业废水）的光催化装置将是一种更可持续的选择。因此，剑桥大学的研究人员从光合作用过程中汲取灵感，创造了一种太阳能装置，能够同时利用污染水或海水生产清洁氢燃料和清洁饮用水。该研究的第一作者ChanonPornrungroj说："将太阳能燃料生产和水生产结合在一个装置中是非常棘手的。太阳能驱动的水分裂（水分子被分解成氢气和氧气）需要从完全纯净的水开始，因为任何污染物都可能毒害催化剂或引起不必要的化学副反应。"研究人员希望模仿植物的光合作用能力，但与以往利用洁净水源生产绿色氢燃料的设备不同，他们希望自己的设备能够使用受污染的水，从而使其在难以找到洁净水的地区也能使用。研究报告的合著者阿里芬-穆罕默德-安努阿尔（AriffinMohamadAnnuar）说："在偏远或发展中地区，洁净水相对稀缺，净水所需的基础设施也不容易获得，因此水分裂极为困难。一个可以利用受污染的水进行工作的装置可以同时解决两个问题：它可以分水制造清洁燃料，也可以制造清洁饮用水"。他们将一种吸收紫外线的光催化剂沉积在一种吸收红外线的纳米结构碳网上，这种碳网对光和热都有很好的吸收作用，从而产生光催化剂用来制造氢气的水蒸气。经过拒水处理的多孔碳网有助于光催化剂漂浮，并使其远离下面的水，从而避免污染物干扰其功能。此外，这种结构还能让装置利用更多的太阳能量。装置构造示意图Pornrungroj等人/剑桥大学安努阿尔说："制造太阳能燃料的光驱动过程只使用了太阳光谱的一小部分，还有大量光谱没有使用。"因此，研究人员在浮动装置的顶部使用了一层白色的紫外线吸收层，通过水分裂来制氢。太阳光谱中的其余光线被传输到装置底部，使水汽化。研究人员说，这更接近于模仿植物的蒸腾作用，即水在植物体内的流动过程，以及水从叶、茎和花等气生部分蒸发的过程。Pornrungroj说："这样，我们就能更好地利用光--我们获得了用于制氢的水蒸气，剩下的就是水蒸气了。我们就真正模仿了真实的叶子，因为我们现在已经能够将蒸腾作用的过程纳入其中。"研究人员利用真实世界的开放水源对他们的装置进行了测试，包括剑桥市中心坎河的水和造纸业的浑浊工业废水。在人工海水中，该装置在154小时后保持了80%的初始性能。研究人员说，由于光催化剂与水源中的污染物隔离，并保持相对干燥，因此该装置可以保持其运行稳定性。它对污染物的耐受性很强，而且浮动设计使基底可以在非常浑浊或泥泞的水中工作，因此这是一个用途广泛的系统。研究人员认为，他们的设备有可能解决可持续发展和循环经济问题。这项研究的通讯作者ErwinReisner说："我们的设备仍然只是一个原理验证，但如果我们要发展真正的循环经济和可持续的未来，我们就需要这些解决方案。气候危机与污染和健康问题密切相关，开发一种有助于同时解决这两个问题的方法将改变许多人的命运。"这项研究发表在《自然-水》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1396809.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1396809.htm

革命性的可再生能源生产方式：利用阳光从空气中生产氢气燃料

革命性的可再生能源生产方式：利用阳光从空气中生产氢气燃料当该装置简单地暴露在阳光下时，它从空气中获取水分并产生氢气。该成果于2023年1月4日发表在《先进材料》上。该技术的革新之处在于新型气体扩散电极是透明的、多孔的和导电的，使这种以太阳能为动力的技术能够将水-来自空气中的气体状态变成氢燃料。"为了实现一个可持续发展的社会，我们需要有办法将可再生能源储存为可以作为燃料和工业原料的化学品。太阳能是最丰富的可再生能源形式，我们正在努力开发具有经济竞争力的方法来生产太阳能燃料，"EPFL光电纳米材料分子工程实验室的西武拉说，他是这项研究的主要研究者。凯文-西武拉在他的实验室。资料来源：AlainHerzog/EPFL来自植物叶片的灵感在研究人员对可再生无化石燃料的研究中，EPFL的工程师与丰田汽车欧洲公司合作，从植物能够利用空气中的二氧化碳将太阳光转化为化学能的方式中获得灵感。植物从其环境中收获二氧化碳和水，并在阳光的额外能量的推动下，将这些分子转化为糖和淀粉，这一过程被称为光合作用。阳光的能量以化学键的形式储存在糖和淀粉的内部。由Sivula和他的团队开发的透明气体扩散电极，当涂上光收集半导体材料时，非常像一片人造叶子，从空气和阳光中收集水以产生氢气。阳光的能量以氢键的形式被储存起来。但这种装置的基底不是用传统的对阳光不透明的层来构建电极，而是实际上是一个由毛毡玻璃纤维组成的3维网。这项工作的主要作者MarinaCaretti说："开发我们的原型设备是具有挑战性的，因为透明的气体扩散电极以前没有被证明过，我们必须为每个步骤开发新的程序。然而，由于每个步骤都相对简单且可扩展，我认为我们的方法将为广泛的应用打开新的视野，从用于太阳能驱动的氢气生产的气体扩散基板开始。"从液态水到空气中的湿度Sivula和其他研究小组先前已经表明，通过使用一种被称为光电化学（PEC）电池的装置从液态水和阳光中产生氢燃料，有可能进行人工光合作用。一般来说，PEC电池是一种利用入射光刺激浸在液体溶液中的光敏材料（如半导体）来引起化学反应的装置。但就实际用途而言，这一过程有其缺点，例如，制造使用液体的大面积PEC装置很复杂。Sivula想表明，PEC技术可以改用于收集空气中的湿度，从而导致他们开发了新的气体扩散电极。电化学电池（例如燃料电池）已经被证明可以用气体而不是液体来工作，但是之前使用的气体扩散电极是不透明的，与太阳能供电的PEC技术不兼容。现在，研究人员正将他们的努力集中在优化该系统上。理想的纤维尺寸是多少？理想的孔径大小？理想的半导体和膜材料是什么？这些都是欧盟项目"Sun-to-X"正在研究的问题，该项目致力于推进这项技术，并开发将氢气转化为液体燃料的新方法。制作透明的气体扩散电极为了制造透明的气体扩散电极，研究人员从一种玻璃棉开始，它是一种石英（也称为氧化硅）纤维，并通过在高温下将纤维熔合在一起，将其加工成毡片。接下来，晶片被涂上一层透明的掺氟氧化锡薄膜，这种薄膜以其出色的导电性、坚固性和易于扩展而闻名。这些最初的步骤产生了一个透明、多孔和导电的晶圆，这对于最大限度地接触空气中的水分子和让光子通过至关重要。然后，晶圆再次被涂层，这次是一层吸收阳光的半导体材料的薄膜。这第二层薄涂层仍然让光通过，但由于多孔基质的大表面积而显得不透明。就像现在这样，一旦暴露在阳光下，这种涂层的晶圆已经可以生产氢燃料。科学家们继续建造了一个包含涂层晶片的小室，以及一个用于分离产生的氢气以进行测量的薄膜。当他们的小室在潮湿的条件下暴露在阳光下时就会产生氢气，实现了科学家们设定的目标，显示出用于太阳能驱动的氢气生产的透明气体扩散电极的概念是可以实现的。虽然科学家们在他们的演示中没有正式研究太阳能到氢气的转换效率，但他们承认，对于这个原型来说效率相对不高，目前还不如在基于液体的PEC电池中实现得更好。基于所使用的材料，涂层硅片的最大理论太阳能-氢气转换效率为12%，而液体电池的效率已被证明高达19%。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1339415.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1339415.htm

麻省理工学院的列车式新设计可利用40%的太阳热能生产清洁氢燃料

麻省理工学院的列车式新设计可利用40%的太阳热能生产清洁氢燃料在最近发表在《太阳能杂志》上的一项研究中，工程师们阐述了一个可以高效生产"太阳能热化学氢"的系统的概念设计。该系统利用太阳的热量直接分裂水并产生氢气，这是一种清洁燃料，可为长途卡车、轮船和飞机提供动力，同时在此过程中不会排放任何温室气体。如今，氢主要是通过涉及天然气和其他化石燃料的工艺生产出来的，从生产开始到最终使用的整个过程来看，这种原本绿色的燃料更像是一种"灰色"能源。相比之下，太阳能热化学制氢（STCH）提供了一种完全无排放的替代能源，因为它完全依靠可再生的太阳能来驱动制氢。但迄今为止，现有的STCH设计效率有限：只有大约7%的太阳光被用来制氢，其结果是产量低、成本高。麻省理工学院的工程师们设计出了一种能有效利用太阳热能分水制氢的系统。图片来源：AhmedGhoniem、AniketPatankar等人提供麻省理工学院的研究小组估计，他们的新设计可以利用多达40%的太阳热能生成更多的氢气，这是向实现太阳能燃料迈出的一大步。效率的提高可以降低系统的总体成本，使STCH成为一种潜在的、可扩展的、经济实惠的选择，帮助交通行业实现去碳化。这项研究的第一作者、麻省理工学院机械工程罗纳德-C-克兰（RonaldC.Crane）教授艾哈迈德-高尼姆（AhmedGhoniem）说："我们认为氢是未来的燃料，因此需要廉价、大规模地生成氢。我们正在努力实现能源部的目标，即到2030年以每公斤1美元的价格制造出绿色氢气。为了提高经济效益，我们必须提高效率，确保我们收集的大部分太阳能都用于制氢。"Ghoniem的研究合著者包括：第一作者、麻省理工学院博士后AniketPatankar；麻省理工学院材料科学与工程教授HarryTuller；滑铁卢大学的Xiao-YuWu；以及韩国梨花女子大学的WonjaeChoi。太阳能站与其他拟议的设计类似，麻省理工学院的系统将与现有的太阳能热源配对，例如聚光太阳能发电站（CSP）--一个由数百面镜子组成的圆形阵列，收集阳光并反射到中央接收塔。然后，STCH系统会吸收接收器的热量，并将其用于分裂水和产生氢气。这一过程与电解法截然不同，后者利用电能而不是热能来分裂水。概念STCH系统的核心是一个两步热化学反应。第一步，水以蒸汽的形式接触金属。这使得金属从蒸汽中吸收氧气，留下氢气。这种金属"氧化"类似于铁在水中生锈，但速度更快。一旦氢被分离出来，氧化（或生锈）的金属就会在真空中重新加热，从而逆转生锈过程并使金属再生。除去氧气后，金属可以冷却并再次暴露在蒸汽中以产生更多的氢。这个过程可以重复数百次。MIT研究人员设计的系统旨在优化这一过程。整个系统就像一列在环形轨道上运行的箱形反应器。在实践中，这条轨道将环绕一个太阳能热源（如CSP塔）设置。列车上的每个反应器都将容纳进行氧化还原或可逆生锈过程的金属。每个反应器将首先经过一个热站，在那里暴露在高达1500摄氏度的太阳热量下。这种极端高温会有效地从反应堆的金属中抽出氧气。这样，金属就会处于"还原"状态--随时准备从蒸汽中获取氧气。为此，反应堆将转移到温度约为1000摄氏度的冷却站，在那里接触蒸汽以产生氢气。铁锈和铁轨其他类似的STCH概念都遇到了一个共同的障碍：如何处理反应堆冷却时释放出的热量。如果不对这些热量进行回收和再利用，系统的效率就会很低，无法实用。第二个挑战是如何创造一个高能效的真空环境，使金属能够除锈。一些原型利用机械泵产生真空，但对于大规模氢气生产来说，这种泵能耗太高，成本太高。为了应对这些挑战，麻省理工学院的设计采用了几种节能变通方法。为了回收从系统中逸出的大部分热量，圆形轨道两侧的反应器可以通过热辐射交换热量；热的反应器被冷却，冷的反应器被加热。这样就能将热量保持在系统内。研究人员还增加了第二组反应堆，它们将围绕第一列反应堆以相反的方向移动。这列外反应器的运行温度通常较低，用于从较热的内反应器中排出氧气，而无需使用耗能的机械泵。这些外层反应堆将装载第二种也很容易氧化的金属。当它们环绕一圈时，外层反应堆将吸收内层反应堆中的氧气，有效地去除原有金属的锈迹，而无需使用耗能的真空泵。两组反应堆将连续运行，分别产生纯氢和纯氧。研究人员对这一概念设计进行了详细模拟，发现它将显著提高太阳能热化学制氢的效率，从以前设计所证明的7%提高到40%。Ghoniem说："我们必须考虑到系统中的每一点能量，以及如何使用这些能量，从而最大限度地降低成本。有了这个设计，我们发现一切都可以用来自太阳的热量来驱动。它能够利用40%的太阳热能生产氢气。"明年，该团队将建造一个系统原型，计划在能源部实验室的聚光太阳能设施中进行测试。Patankar解释说："该系统完全投入使用后，将被安置在太阳能发电场中间的一座小楼里。建筑物内可以有一列或多列火车，每列火车上有大约50个反应堆。我们认为这可以是一个模块化系统，你以在传送带上增加反应器，从而扩大氢气生产规模。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1393517.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1393517.htm

日本一企业用人造子宫培育出鲨鱼 能发光

日本一企业用人造子宫培育出鲨鱼能发光日媒称，使用人造子宫成功培育并产下鲨鱼尚属世界首例，研究团队希望继续开发可应用于其他鲨鱼的“人造子宫”装置。早在2021年就有报道称，冲绳美丽海水族馆和冲绳美丽岛基金会研究中心开发了一种鲨鱼人工子宫装置。利用该设备，他们成功培育了细尾灯笼鲨（也称穆勒斯灯笼鲨，一种发光的深海鲨鱼）的胎儿，并成功进行了人工分娩。细尾灯笼鲨长度只有40厘米，它们生活在260至860米的深度，广泛分布于从日本到澳大利亚和新西兰的太平洋地区。它的身体表面有非常小的发光器官，可以发出微弱的蓝光。迄今为止，还没有长期饲养的记录。据悉，人造子宫的开发采用了三个核心要素：主室、储备罐和过滤系统。科学家还开发了一种人造子宫液，模仿雌性鲨鱼子宫的状况。当时，鲨鱼胚胎在子宫内保存了五个月。在孵化期间，它们大约三英寸长到五英寸。孵化期结束后，科学家将胚胎放入海水箱中，标志着胚胎的“人工诞生”。然而，研究人员表示，这些鲨鱼在出生几天后就死亡了。科学家将此归因于未能为产后时期适应合适的海水环境。科学家们表示，剩下的技术挑战仍然是如何在人工分娩后安全地抚养幼崽。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388191.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388191.htm

博世将在美投资2亿美元用于生产电动商用卡车的燃料电池

博世将在美投资2亿美元用于生产电动商用卡车的燃料电池博世于当地时间周三表示，它将向其南卡罗来纳州的工厂投资超2亿美元来建造燃料电池堆，进而为美国的氢动力电动商用卡车提供动力。南卡罗来纳州的项目是博世计划在2024年前在全球投资超10亿美元开发燃料电池技术的一部分。该公司表示，园区的资本升级将包括提供约147,000平方英尺的楼面空间--用于生产燃料电池堆--以及支持质量关键流程所需的洁净室和气候控制环境。该工厂的燃料电池生产预计将于2026年开始。这家德国汽车供应商称这将创造约350个新的就业机会。博世表示，其燃料电池将用于为电动重型卡车提供动力，包括Nikola的Tre电动半挂车，该车预计将于2023年底投入生产。博世在2019年曾向Nikola投资了至少1亿美元，去年表示它将向该公司提供氢燃料电池模块。该公司对燃料电池的投资标志着该行业将该技术用于重型卡车和商用车的更广泛运动。将氢气转化为电能的燃料电池非常昂贵。然而它们被认为在8级卡车和其他重型商用车中特别有前景，这是因为它们比使用电池组更小、更轻。博世北美区总裁MikeMansuetti在一份声明中说道：“氢气经济有着巨大的前景，在博世，我们都在其中。这是一个重要的里程碑，作为动力总成技术多样化的一部分，我们宣布博世在美国首次进行燃料电池相关的生产以支持我们当地客户日益增长的需求。”氢气本身不是一种能源。它更像是一种能量载体，并使其成为太阳能和风能等天气产生的可再生资源的一个特别好的伙伴。不过并非所有的氢气都是一样的。今天，约95%的氢气是使用一种称为蒸汽甲烷重整的重化石燃料方法生产。一部分是用电解法生产，这是一个用电来分裂氢和氧的过程。更小的一部分氢气则是由可再生能源制成的。包括博世在内的公司认为“绿色氢气”是最有希望减少商业卡车运输的碳足迹的版本。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1311009.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1311009.htm