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地底下的石油是一次性消耗品,什么能够取代石油,成为人类下一代更廉价、更环保的能量来源?这是将会决定未来社会运行逻辑的重要问题。但有一项研究的突破,让氢能源的普遍利用的可能走向历史舞台!
在5月27号,日本东京大学有一项完美到几乎令人惊讶的研究成果。研究人员发现了一种神奇的催化剂,在这种催化剂的作用下,用光来分解水,产生氢气和氧气的效率可以达到几乎100%。
氢气,是下一代能源的重要候选人之一。以往类似的让光分解水产生氢气的研究,反应效率通常都在10%以下。这一次直接把效率提高到了理论上的最大值,也就是接近100%。
氢能源的好处主要有三点,首先,氢能源是一种能量密度更高的燃料。能量密度越高的燃料,在工业上往往就越划算、第二点好处,是使用起来非常灵活,而且效率很高、第三点很重要,那就是氢能源可能是已知最环保的能源之一。它的燃烧产物就是水,真正实现了所谓零碳排放。
氢能源的发展一直比较缓慢,其中重要的原因之一,就是氢的制备一直是个问题。在氢制备的过程中,转化效率太低,或者产生了大量碳排放,不如直接烧石油来得划算。在在诸多制备氢能源的工艺里面,被寄予很高期望的是通过光的照射,利用催化剂的中间作用,把水分解成氢气和氧气。因为阳光和水不仅在地球上随处可见,而且光解水的制氢方式,整个过程非常清洁,对环境影响很小。但这种方法,在过去最重要的缺点就是效率太低,通常低于10%
东京大学的研究人员,发现这种经过优化之后的催化剂,在波长350nm和360nm的两个紫外线波段照射下,把接近96%的光能都转化成了水分解后氢气和氧气中蕴含的能量。而且实验中难免会有一些误差和损耗,这个96%的效率已经说明这种催化剂的转化率很可能接近了理论上的最大值,也就是100%了。这让通过太阳光分解水来产生氢能源的思路,看到了新的希望。
但是,这种催化剂距离实际的应用还有一个重要的缺陷,那就是它只在紫外光的范围内,才有接近完美的催化效率。在波长400nm以上的可见光范围内,它的转化效率又迅速下降到了大概10%。而地球由于臭氧层的保护,太阳光紫外线的大部分都被挡在外太空了。所以这个催化剂直接投入工业使用还存在一些问题。
这一次东京大学的突破,第一次为接近完美的光解水反应提供了实验证据。未来沿着类似的思路,某一天还真有可能会发现,在可见光波段也有高效制备氢气的催化剂。
人类历史上每一次的能源革命,往往也伴随着巨大的改变。氢能源值得我们关注!