研究人員研發出了一套設備，可獨立運行，將陽光、二氧化碳和水轉化為碳中性燃料，無需任何額外組件或者電力。該設備由劍橋大學團隊研製而成，向人工光合作用的實現邁出了重要一步：這一過程模仿植物將陽光轉化為能量的能力。設備基於先進的“光片”（photosheet）技術，能夠將陽光、二氧化碳和水轉化成氧氣和甲酸（一種可直接使用或者轉化為氫的可存儲燃料）。

圖片來源：University of Cambridge

來源劍橋大學

翻譯 阿金

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《自然-能源》（Nature Energy）報告了這一成果，展示了一種將二氧化碳轉化成清潔燃料的新方法。這套無線設備的規模擴大後，可用於能源“農場”，類似於太陽能農場，使用陽光和水產生清潔燃料。

收集太陽能將二氧化碳轉化成燃料，是減少二氧化碳排放、逐漸放棄化石燃料的有效方法。然而，要生產出不含不必要副產物的清潔燃料仍具挑戰。

“一直以來，都難以實現具有高度選擇性的人造光合作用，也就是說盡可能將陽光轉化成你想要的燃料，而不是同時產生一大堆廢料。”來自劍橋化學系的Qian Wang 博士說。

“此外，氣體燃料的儲存和副產物的分離相當複雜，我們想要搞清楚，如何能乾淨地製造出易於儲存和運輸的液體燃料。”該論文的資深作者Erwin Reisner 教授補充說。

2019 年，Reisner 團隊的研究人員研製出一種基於“人造葉片”設計的太陽能反應器，使用陽光、二氧化碳和水生成一種稱作合成氣體（syngas）的燃料。而本次新技術的表現和行為相當類似於“人造葉片”，但是工作原理不同，產物是甲酸。

而且人造葉片使用的是來自太陽能電池的組件，但新設備無需這些組件，只依靠嵌在薄片上的光催化劑，成為所謂的光催化片。這些薄片由半導體粉末製成，容易大量製備，價格低廉。

除此之外，這一新技術更穩健，產生的清潔燃料更容易儲存，具有大規模生成燃料產物的潛力。測試單位的大小為20平方厘米，但研究人員說，要將其規模擴大成幾平方米應該相對簡單。同時，甲酸能夠在溶液中積聚，採用化學手段可轉化成不同類型的燃料。

“我們驚異於該技術的高度選擇性，它幾乎不會產生什麼副產物。”Wang 說，“有時候事情確實會和預期不同，但這次效果確實更好，實在罕見。”

二氧化碳轉化鈷基催化劑容易實現，且相對穩定。雖然與人造葉片相比，該技術規模更容易擴大，但其效能仍需改進，然後再考慮投入商業使用。研究人員正在用不同類型的催化劑進行實驗，以同時增強穩定性和效能。

獲得目前的成果還有賴於東京大學Kazunari Domen 教授團隊的合作，他也是該研究的共同作者。

目前研究人員正在進一步優化系統，提升效能。此外，他們也在探索其他催化劑，用到這一設備中以獲取不同太陽能燃料。

Reisner 說：“我們希望這一技術將會為具有實用價值的可持續太陽能燃料生產開拓道路。”