人造叶将大气中的二氧化碳转化为燃料

毫无疑问,气候变化是一个非常严重(而且正在恶化)的问题。根据政府间气候变化专门委员会(IPCC)的最新报告,即使世界上所有工业化国家在一夜之间实现碳中和,问题仍将继续恶化。简而言之,仅仅停止将数百万吨的CO2排放到大气中是不够的。我们还必须开始删除我们已经放置的内容。

这就是所谓的碳捕获(或碳清除)技术发挥作用的地方。来自自然界的线索,来自安大略省滑铁卢大学的国际研究人员团队,创造了一种“人造叶子”,模仿了真实物体的除碳能力。但是,叶子没有将大气中的CO2本身转化为燃料,而是将其转化为有用的替代燃料。

最近发表在《自然能源》杂志上的一篇论文描述了该团队的研究。该团队由伊利诺伊·吴(Wumin Wu)领导,吴伊敏是伊利诺伊州阿贡国家实验室(ANL)纳米级材料中心的研究员,并且是滑铁卢纳米技术研究所(WIN)的工程学教授。来自这两个机构以及加利福尼亚州立大学(北岭分校)和香港城市大学的研究人员也加入了他的行列。

在自然界中,绿色植物通过光合作用将大气中的CO2和水转化为葡萄糖和氧气。这归功于颜料叶绿素,它吸收来自太阳的多种波长(紫蓝色和橙红色)的光来促进化学反应。然后,植物将葡萄糖用作燃料源,同时释放氧气。

正如Wu所解释的那样,他和他的团队使用相同的想法来设计其人造叶子,该人造叶子依赖于非常相似的过程但生产出不同的最终产品。他说:“我们称其为人造叶子,因为它模仿了真实的叶子和光合作用的过程。”一片叶子会产生葡萄糖和氧气。我们生产甲醇和氧气。”

该工艺的关键(Wu和他的同事自2015年以来一直在努力)是氧化亚铜,一种廉价的红色粉末,经过化学工程处理,具有尽可能多的八面颗粒。当将葡萄糖,乙酸铜,氢氧化钠和十二烷基硫酸钠添加到已加热到指定温度的水中时,该粉末是通过化学反应产生的。

然后将这种粉末添加到水中,在此过程中,将二氧化碳泵入其中,然后将其用作催化剂,太阳能模拟器将白光照射到溶液中。发生的化学反应产生氧气(通过光合作用),而CO2,水和粉末溶液转化为甲醇。由于甲醇的沸点低于水,因此加热溶液,并在蒸发时收集甲醇。

该过程反映了英国剑桥大学正在进行的类似研究,研究人员在该大学开发了一种装置,该装置利用阳光和钴吸光剂产生的光合作用将水和CO2气体转化为合成气。该物质由氢气和一氧化碳的混合物制成,用于制造替代燃料,药物,塑料和肥料。

它也类似于哥伦比亚大学Lenfest可持续能源中心主任Klaus Lackner提出的“人造树”概念。几年前,拉克提出了一种方法,其中,“树”与树脂涂覆的塑料叶片可以除去高达100倍的CO2从空气中天然树。一旦叶片吸收了尽可能多的二氧化碳,它们就会被放入水中以产生生物燃料。

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