劍橋大學(xué)國(guó)王學(xué)院禮拜堂附近的卡姆河上漂浮的“人造樹(shù)葉”利用陽(yáng)光和水產(chǎn)生清潔燃料。

圖片來(lái)源：《自然》/維吉爾·安德烈 

英國(guó)劍橋大學(xué)一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一種超薄、靈活的設(shè)備，就像“人造樹(shù)葉”，其靈感來(lái)自植物將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為食物的光合作用，能生產(chǎn)一種可持續(xù)的汽油替代品。這種設(shè)備成本低、足夠輕，可以漂浮在水上而不會(huì)占用陸地空間。相關(guān)研究發(fā)表在最近的《自然》雜志上。

團(tuán)隊(duì)在劍橋大學(xué)標(biāo)志性景點(diǎn)附近，包括嘆息橋、雷恩圖書(shū)館和國(guó)王學(xué)院禮拜堂，在康河上對(duì)輕質(zhì)“樹(shù)葉”進(jìn)行了戶外測(cè)試，結(jié)果表明，它們可像植物葉子一樣有效地將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為燃料。這是第一次在水上產(chǎn)生清潔燃料，如果擴(kuò)大規(guī)模，人造樹(shù)葉可用于受污染的水道、港口甚至海上，有助于減少全球航運(yùn)業(yè)對(duì)化石燃料的依賴。

盡管近年來(lái)風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越便宜且容易獲得，但對(duì)于航運(yùn)等行業(yè)來(lái)說(shuō)，脫碳是一個(gè)更高的要求。全球約80%的貿(mào)易是由以化石燃料為動(dòng)力的貨船運(yùn)輸?shù)模趪@氣候危機(jī)的討論中，該行業(yè)幾乎沒(méi)有受到關(guān)注。

幾年來(lái)，劍橋研究小組一直致力于開(kāi)發(fā)基于光合作用原理的可持續(xù)汽油解決方案來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。2019年，他們開(kāi)發(fā)了一種人造樹(shù)葉，利用陽(yáng)光、二氧化碳和水制造合成氣——一種用于生產(chǎn)許多化學(xué)品和藥物的關(guān)鍵中間體。

早期的原型通過(guò)將兩種光吸收劑與合適的催化劑結(jié)合來(lái)產(chǎn)生燃料。然而，它采用了厚玻璃基板和防潮涂層，這使得設(shè)備體積龐大。對(duì)于新版本的人造樹(shù)葉，研究人員面臨的挑戰(zhàn)是如何將光吸收劑沉積在輕質(zhì)基材上并保護(hù)它們免受水滲透。為了克服這些挑戰(zhàn)，該團(tuán)隊(duì)將薄膜金屬氧化物和鈣鈦礦材料涂在柔性塑料和金屬箔上。這些設(shè)備覆蓋有微米級(jí)的防水碳基層，可防止水分降解。最終他們得到了一種既能順利工作，看起來(lái)又像一片真正樹(shù)葉的設(shè)備。

研究表明，這些葉片結(jié)合了大多數(shù)太陽(yáng)能燃料技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。人造樹(shù)葉與現(xiàn)代制造技術(shù)兼容，標(biāo)志著向太陽(yáng)能燃料生產(chǎn)自動(dòng)化和規(guī)模化邁出了關(guān)鍵一步。

總編輯圈點(diǎn)

這種新型人造樹(shù)葉的第一大優(yōu)點(diǎn)，無(wú)疑是可以將水分解為氫氣和氧氣，或?qū)O2還原為合成氣；第二大優(yōu)點(diǎn)，就是“省地兒”——許多可再生能源技術(shù)，包括太陽(yáng)能燃料技術(shù)，其實(shí)都會(huì)占用大量陸地空間，因此，如果能將生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到開(kāi)放水域，就意味著清潔能源和土地使用不會(huì)相互競(jìng)爭(zhēng)。理論上，人們還可以把這些設(shè)備卷起來(lái)，放在幾乎任何地方，這也有助于能源安全。