安捷伦：精诚合作，推进新型能源研究
气候变化加剧了极端天气事件风险，进而对人类健康和食品安全产生重大影响。联合国儿童基金会敦促各国在2030年前将二氧化碳排放量减少45%，并将全球平均气温升幅控制在1.5°C以内。然而，各国政府在实现这一目标过程中却步履维艰。《联合国气候变化框架公约》警告称，照此情形，到本世纪末全球平均气温可能会上升2.7摄氏度。科学家们表示，气温每升高1摄氏度，发生极端热浪、洪水和干旱的可能性就越高[ 情况介绍：《联合国气候变化框架公约》第26次缔约方大会——儿童与气候变化（unicef.org）]。
在2021年底召开的第26届联合国气候变化大会（COP26）上，一系列讨论进一步向全球各国组织和政府机构放出紧迫信号——我们必须迅速采取行动，解决主要环境问题，例如温室气体排放量增加等，以及通过开发替代能源以逐步淘汰煤炭能源。
可持续发展是安捷伦在业务运营中所秉持的核心价值观的核心，为了实现当前的全球气候目标，安捷伦一直与环境领域的主要研究人员紧密合作，共同创建一个更清洁、更安全的世界。
凭借行业领先的创新技术，安捷伦全球的客户正致力开展一系列极具吸引力的项目。此次，我们与其中两位客户分别进行了一场深入的对话，他们分别是:
北京光合新能科技有限公司首席执行官兼首席技术官 王琮博士
英国国家物理实验室（NPL）高级研究科学家 Thomas Bacquart博士
与王琮博士的对话
问：光合新能有哪些研究目标？
答：我们的研究旨在开发与下一代可再生能源密切相关的技术，同时汇聚来自中国和世界各地的知名专家。我们一直致力于实现等离激元人工光合碳中和燃料的商业化和产业化，为世界提供清洁的新型能源，减少二氧化碳排放，创造新的经济增长机会。
问：您所从事的研究将如何造福社会，让社会朝着更可持续的生活方式迈进？
答：我们的技术可以实现碳中和的目标，同时实现低成本的能源和材料再生，这对社会的可持续发展具有重要意义。通过将我们的技术商业化，相关应用可以吸收大量的二氧化碳，而且一步就可将太阳能和水转化为低成本的碳中和燃料或原材料。考虑到应对气候变化问题，这将是一个具有重大意义的过程。
问：安捷伦设备在贵司的等离激元人工光合碳中和燃料（Plasmonic Carbon-Neutral-Fuel Artificial Photosynthesis）的研究中发挥了怎样的核心作用？
答：氢气、甲烷和氧气是等离激元人工光合反应的重要产物。这些产物的产率和生成速率不仅是催化剂和反应条件的良好指标，也是反应机理的良好指标，可从根本上帮助我们了解合成工艺、组成成分等因素对所标示的催化剂的影响。氢气、甲烷和氧气都属于小分子，很难通过传统的气相色谱或气相色谱/质谱系统在较短时间内对它们进行测定。可喜的是，安捷伦Micro GC便携式微型气相色谱仪可以快速和同时检测气体产物的浓度，因此，在进行连续反应时，我们可以实时检测浓度。这些结果对未来的动力学分析有着重要的意义，因此在这个过程中高效的仪器必不可少。
问：光合新能将便携式分析设备作为首选，这对贵司的人工光合研究有何裨益？
答：目前，Micro GC（便携式微型气相色谱仪）可以较快提供对氢气和甲烷检测的反馈，这在需要对大量样品进行检测时尤为有用。此外，Micro GC微型气相色谱仪的入口对所连接的反应器施加负压，使气体样品能够从反应器中“抽取”,并在常压（1大气压）和室温下对反应进行更精确的量化分析。事实上，这种微型气相色谱仪的分析过程约为2分钟，准备时间约为10秒，而常规气相色谱仪系统（在我们的研究中也被用于测量氢气和氧气）的分析过程约为5分钟，准备时间约为30分钟。
此外，随着催化剂实现产业化，氢气和甲烷可能会成为我们的两大主要产品。在这种情况下，便携式设备使我们能够在无法使用传统的GC/LC的场景下，分析这些产物的浓度，以便我们可以在工业环境中评估其催化活性。
问：您希望利用未来的技术来解决贵公司在研究中持续面临的哪些挑战？
答：人工光合碳中和背后的过程非常复杂，我们在其中遇到了许多挑战。我们面临的一个关键问题是，这种机制包括我们尚未了解的一系列反应。研究这一反应机理是了解反应过程的必要步骤，对于选择活性高、选择性高、寿命长的催化剂（甚至包括反应器）等都具有重要的指导意义。然而，一些中间产物（其中大部分是自由基）由于活性过高而难以被“捕捉”，而且非常容易被淬灭，因此使得这类产物的量化面临着巨大的挑战。我们希望，在未来，原位检测技术不仅能够帮助我们实时测定这些中间产物在液相中的浓度，而且也能够实时测定其在气相中的浓度，这样我们就可以描绘出清晰的人工光合作用机制。
问：能否谈谈您如何看待这一研究领域在未来的发展前景？
答：目前，我们的等离激元人工光合碳中和燃料的商业化和产业化技术主要集中在氢气和甲烷产物上。未来，我们预计将我们的等离激元催化技术用于从大气中生产氨、氨基酸和蛋白质。基于我们目前的了解，这可以通过类似的催化过程来实现，即使用二氧化碳和/或其他普通化学品作为原材料，而生成的产物将被视为“可再生能源”。
可再生能源领域和碳中和能源领域高度相关，而等离激元人工光合则可能成为这两个领域最前沿的发展方向之一。越来越多的组织、机构和大学院校可能会看到这一领域的好处，而这将有助于推动该研究领域的进步。如果我们能够实现绝对的碳中和，那么我们将能够以较低的成本提供可再生能源，这意味着我们将可以在无需舍弃太多工业成就的情况下，迎来新一轮能源革命。
与Thomawes Bacquart博士的对话
问：您在英国国家物理实验室的研究目标有哪些？
答：英国国家物理实验室作为英国国家测量基准研究中心，负责国家主要测量标准的制定和维护工作。凭借过硬的科学知识和工程技术，NPL提供的测量能力为英国的经济繁荣和生活质量提供了支撑。目前我的主要工作是制定关于氢气质量和气体检测的主要标准，这对支持新兴的氢气经济是必不可少的。我们从事跨领域的研究活动，支持包括仪器验证、气体标准、能力测试、采样或咨询等在内的整体气体分析组合。
问：您所从事的研究将如何造福社会，让社会朝着更可持续的生活方式迈进？
答：我们的主要研究目标是为氢气解决方案的部署提供支持。我们认为，了解氢气的质量对于开发最有效和最可靠的解决方案至关重要。此外，我们重视测量精度，这是确保决策者们支持合适解决方案的关键。随着氢气行业的发展壮大，围绕氢气网络、净化、工业用氢气质量和新型制氢技术等方面涌现了许多令人振奋的全新研究课题。目前，我们主要关注氢气运输领域，因为污染物会对燃料电池电动汽车造成较大影响。
问：能否请您解释一下，为什么说氢气是能源领域实现零碳排放的关键？
答：氢气是一种能源载体——生产氢气的方法有多种，在我们的工作中，间接获得的可再生能源非常重要。能源可以通过电解转化为氢，气态氢可以被长期储存或远距离运输。因此，我们可以在合适的时间和合适的地点将这种绿色能源送达终端用户，而氢气在可再生能源生产和使用之间架起了桥梁。氢气可以用来为电动汽车提供动力（使用燃料电池）、替代备用发电燃料（目前是柴油）或者用来取代天然气进行供暖，而且以上应用均不会产生排放。这种能源具备的优势可以带来较大有利影响，因为氢气可以轻松地为那些难以实现零碳排放的领域提供支持。
问：气体标准和分析方法的发展是如何确保所供氢气质量良好以实现能源转型？
答：氢燃料质量对于确保氢燃料电池电动车的耐用性至关重要，因为一些污染物可能会对这些车辆的使用寿命或性能造成严重影响。与任何其他燃料一样，确保为客户提供合适的质量十分重要。我们制定的所有气体标准和分析方法确保实验室能够开展测量工作，从而增强人们对车辆耐用性和性能的信心。在此阶段，拥有清洁的氢气以及车辆具备出色的性能至关重要。
问：您使用了哪些安捷伦仪器来支持您在该领域的研究，为什么？
答：在NPL，我们使用多款安捷伦仪器对氢气质量进行检测。例如我们使用三台配备各种检测器的气相色谱仪（一台硫化学发光检测器（SCD）、一台热导检测器（TCD）和一台脉冲放电氦离子化检测器（PDHID），用于精确测量多个与氢燃料有关的关键参数（例如，总硫量、氧、氮、氩、氦或一氧化碳、二氧化碳或甲烷等）。这些仪器通过实现化合物的分离和较低的检测限度，为我们的相关研究提供了支持。
问：您如何看待这一研究领域未来的发展前景，这可能会对其他行业乃至整个社会产生什么样的影响？
答：这一领域的研究正以惊人的速度发展，随之而来的是加氢站数量迅速增加，同时氢气产量也大幅增加。业界也日益意识到，有必要了解氢气质量（如增加检测次数及提升检测能力）、氢气作为一种能源载体及其支持新应用（如涡轮机、锅炉）的潜力以及需要脱碳的新产业（如钢铁、陶瓷）。因此，在检测方面出现了新的挑战，所以有必要为这一领域的研究提供支持，以帮助社会向更可持续的生活方式过渡。
尾声
实施可持续能源解决方案是确保全球众多组织能够实现其既定目标的关键，并将在未来几年彻底改变社会生活方式，使之变得更加美好。各企业和政府组织都有责任实施切实可行和可持续的能源解决方案，以保持和改善人类健康。
安捷伦的客户在替代能源领域的投入可促使人们实现更健康的生活方式，而这将有助于保护环境和生物多样性。通过专注于相关研究以及为该领域的工作提供支持以促进技术进步，生命科学行业将会发挥更为广泛的作用，确保我们的社会变得更加可持续。显而易见，在世界各地研究机构的帮助下，我们正在朝着全球可持续发展目标稳步前行。
关于安捷伦科技
安捷伦科技公司（纽约证交所：A）是生命科学、诊断和应用化学市场领域的全球领导者，致力于提供敏锐洞察与创新，帮助提高生活质量。我们的仪器、软件、服务、解决方案和专家能够为客户最具挑战性的难题提供更可靠的答案。在 2021 财年，安捷伦的营业收入为 63.2亿美元，全球员工数为 17000 人。如需了解安捷伦公司的详细信息，请访问www.agilent.com。
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