劍橋大學的研究小組創造了一種創新的漂浮裝置，利用太陽能將受污染的水或海水轉化為清潔的氫燃料和純淨水。這種裝置特別適用於資源有限或沒有電網的地區，因為它可以在任何開放水源中運行，而且不依賴外部電源。

劍橋大學的研究人員發明了一種太陽能裝置，將受污染的水轉化為清潔的氫燃料和飲用水，為全球能源和水危機提供了可持續的解決方案。圖片來源：Chanon Pornrungroj/Ariffin Mohamad Annuar

它的靈感來自光合作用，即植物將陽光轉化為食物的過程。不過，早期的”人造樹葉”可以利用清潔水源生產綠色氫燃料，而這種新設備則不同，它可以利用污染水源或海水，同時還能生產清潔飲用水。

對該裝置的測試表明，它能夠從高度污染的水源、海水甚至劍橋市中心的卡姆河中生產清潔水。相關結果發表在《自然-水》雜誌。

技術挑戰與突破

論文共同第一作者、劍橋大學優素福-哈米德（Yusuf Hamied）化學系的Chanon Pornrungroj 博士說：”將太陽能燃料生產和水淨化結合在一個設備中是非常棘手的。太陽能驅動的水分裂（水分子被分解成氫氣和氧氣）需要從完全純淨的水開始，因為任何污染物都可能毒害催化劑或引起不必要的化學副反應。”

共同第一作者阿里芬-穆罕默德-安努阿爾（Ariffin Mohamad Annuar）說：”在偏遠或發展中地區，清潔水相對稀缺，淨水所需的基礎設施也不容易獲得，因此水分裂極為困難。一個可以使用受污染水的裝置可以同時解決兩個問題：它可以分水製造清潔燃料，也可以製造清潔飲用水。”

研究人員開發了一種漂浮的太陽能裝置，可以在世界任何地方將受污染的水或海水轉化為清潔的氫燃料和純淨水。圖片來源：Chanon Pornrungroj/Ariffin Mohamad Annuar

Pornrungroj 和Mohamad Annuar 都是Erwin Reisner 教授研究小組的成員。他們將光催化劑沉積在奈米結構的碳網上，這種碳網對光和熱都有很好的吸收能力，光催化劑利用它產生的水蒸氣生成氫氣。經過拒水處理的多孔碳網既能幫助光催化劑漂浮，又能使其遠離底下的水，以避免污染物幹擾其功能。

此外，新裝置還能利用更多的太陽能。穆罕默德-安努阿爾說：”製造太陽能燃料的光驅動過程只使用了太陽光譜的一小部分，還有大量光譜沒有被利用。”

研究團隊在浮動裝置的頂部使用了一層白色的紫外線吸收層，透過分水來製氫。太陽光譜中的其餘光線被傳輸到裝置底部，使水汽化。

Pornrungroj 說：”我們就能更好地利用光–我們得到了用於製氫的水蒸氣，剩下的就是水蒸氣了。這樣，我們就真正模仿了真正的樹葉，因為我們現在已經能夠將蒸騰作用的過程納入其中。”

潛在的全球影響

僅利用太陽能就能同時製造清潔燃料和清潔水的裝置有助於解決世界許多地區面臨的能源和水危機。例如，根據世界衛生組織的數據，使用煤油等”骯髒”燃料煮飯造成的室內空氣污染每年導致300 多萬人死亡。如果改用綠色氫氣做飯，就能大幅減少這個數字。全球仍有18 億人缺乏安全的家庭飲用水。

穆罕默德-安努阿爾說：「它的設計也非常簡單：只需幾個步驟，我們就能製造出一種能很好地處理各種水源的設備。它對污染物的耐受性很強，浮動設計使基質可以在非常渾濁或泥濘的水中工作。這是一個用途廣泛的系統。”

領導這項研究的萊斯納說：「我們的設備仍然只是一個原理驗證，但如果我們要發展真正的循環經濟和永續的未來，我們就需要這些解決方案。氣候危機與污染和健康問題密切相關，開發一種有助於同時解決這兩個問題的方法將改變許多人的生活。”

編譯自：ScitechDaily