利用阳光和催化剂 二氧化碳与水可变身液态燃料

2011-4-12 10:32 来源: 《科技日报》
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  据美国物理学家组织网4月7日报道,美国加州理工学院和瑞士科学家携手研制出了一种太阳能反应器。该太阳能反应器采用了低成本的新型催化剂,可集中太阳的热量,通过热化学循环方法,将水和二氧化碳转变为氢气和一氧化碳,而大量的氢气和一氧化碳结合在一起可形成液态燃料,为汽车、手提电脑和全球定位系统(GPS)供电。


  太阳是地球上主要的能量来源,更好地利用丰富的阳光是所有新能源专家试图摘取的“圣杯”。科学家很早就知道如何将水和二氧化碳转变为氢气和一氧化碳。但如何高效、批量且低廉地转换一直困扰着科学家。其中的一个“拦路虎”,是转换过程需要昂贵且稀有的铂或铱等元素来作催化剂,以促使反应发生。

  该研究的领导者之一、加州理工学院材料科学和化学工程教授索西娜・海尔将目光投向了二氧化铈,金属铈的氧化物二氧化铈常用于自洁烤箱内壁,可作催化剂使用。铈储量丰富,因此,在完成同样任务时,成本更低。

  新方法分两步进行:首先,使用太阳光散发的高温将二氧化铈分解为铈和氧气;然后在低温下将二氧化碳和水变为一氧化碳和氢气。

  海尔如是描述该过程:当将二氧化铈加热至约1500摄氏度高温时,会自动地从其结构内释放出氧气;接着将其冷却,氧气离开后留下的空白需要新氧气来填满。在约为900摄氏度的较低温度时,铈、氢气和碳都需要氧气,但铈的需求更强烈,于是,它就会从水和二氧化碳中“掠夺”氧气来填满这些空白,因此,水和二氧化碳就变成了氢气和一氧化碳。

  海尔表示,实验设备包括两部分,其中一部分是由加州理工学院研制的圆柱状容器,其内壁布满了二氧化铈。第二部分是目前安放在瑞士保罗谢勒研究所的太阳能收集器,它是一套巨大的曲面镜,可大范围收集太阳光。

  科学家让这两个设备“联姻”,首先用积聚的阳光加热圆柱内的二氧化铈,然后朝反应器中输入水蒸气和二氧化碳,并测量流出的氢气和一氧化碳的数量。

  海尔表示,铈储量丰富,是铂储量的10万倍,因此,可将反应成本减少几个数量级。但目前这个将太阳光、二氧化碳和水转变为液态燃料的反应器的转换效率不足1%。科学家表示,热动力学分析表明,理论上转换效率可达15%以上。此外,科学家也希望能找到比二氧化铈更好的燃料,同时降低发生反应所需要的高温和低温。(刘霞)