美科學家展示二氧化碳循環器樣 向二氧化碳要燃料
全球變暖現在是世界各國都在考慮的大問題，很多科學家都在研究如何將二氧化碳封存，以減少其對地球環境的影響。不過，美國桑迪亞國家實驗室的科學家們最近成功演示了一臺樣機，可以利用太陽能，將水和二氧化碳轉化為氫氣和一氧化碳。這個“從陽光到汽油”的系統將幫助人們找到一個循環利用二氧化碳的好辦法，將發電站和工廠排放的二氧化碳轉化為汽油、柴油和航空燃料，其能量轉換效率至少達到自然界光合作用效率的兩倍。
美國麻省理工學院《技術評論》雜志日前報道說，今年秋天，桑迪亞國家實驗室的一臺手工制造的樣機測試獲得成功。“這是我們評估的第一臺樣機。”該機器的發明者——桑迪亞國家實驗室的研究人員Rich Diver說。
“目前看來，我們認為這是除封存二氧化碳以外的另一個選擇。”桑迪亞先進材料實驗室的化學工程師James Miller說。他的解釋是，不用將二氧化碳泵入地下永久保存，充足的太陽能可以被用來獲得“反向燃燒”，將二氧化碳變回一種燃料。“這一方法可以對煤廠、釀酒廠等集中排放源釋放的二氧化碳進行高效利用”。
這個圓柱形的金屬機器，被稱為反轉環接收反應換熱器（CR5），依靠被聚焦的太陽能來引發一種富鐵合成材料的熱化學反應。根據設計，該材料在極高溫條件下會放棄一個氧分子，而溫度降下來時又會重新得到一個氧分子。
該樣機每一側各有一個腔體。一邊是熱的，另一邊涼一些。貫穿中間的是14個飛盤狀的環，以每分鐘一圈的速度旋轉。每個環的外沿都由以鋯基為載體的鐵氧化合材料組成。科學家們使用一個太陽能聚集器來加熱一側的腔體至1500攝氏度，使得環一側的鐵氧化物放棄氧分子。當這一側旋轉到另一個腔體時，馬上開始降溫，二氧化碳也被泵入。這種降溫過程幫助鐵氧化物從二氧化碳中“偷”回氧，留下一氧化碳。這個過程不斷重復，使得泵入的二氧化碳不斷變成一氧化碳向外輸出。
Miller說，這一過程也可以用來生產氫氣，唯一的不同在于，往第二個容器內添加的不是二氧化碳，而是水。這兩個過程分別得到的氣體——氫氣和二氧化碳混合后成為合成氣，合成氣可以被當做傳統燃料的“簡易替換元件”。
Diver最初設計這一機器時，腦子里想的是氫經濟。他的想法是避免電解的低效率，建造一個太陽能熱機，直接生產氫氣和氧氣，去掉電這個“中間人”。目前，日本、法國和德國的一些科學家還在繼續沿著這一研究思路努力。
但是，桑迪亞國家實驗室的科學家們很快意識到，相同的過程可以將二氧化碳變為一氧化碳。即使氫經濟無法實現，他們仍然有辦法制造出我們現在所依賴的傳統燃料，而且這一辦法還可以減少因煤和天然氣的燃燒所帶來的環境影響。
Diver說，目前他們面臨的挑戰是如何提高該系統的效率。如果桑迪亞實驗室的研究團隊可以實現更高的效率，“那將是非常重要的一步。”加拿大女王大學的Vladimir Krstic說。他是該校高級陶瓷和納米材料制造中心的主任。
研究者指出，該技術大約還需要15到20年才能真正推向市場。在這期間他們的目標是每三年推出新一代的樣機，不斷提高能量轉化效率以及降低成本。這也許可以寄希望于新的陶瓷合成材料的發展，這樣的材料在較低一些的溫度就會釋放氧分子，使得更多的太陽能被轉換成氫氣或一氧化碳。
“我們的短期目標是將效率提高幾個百分點。”Miller說，“它看起來可能只是很小的一個數字，但我們可以將它與光合作用相比較，光合作用在利用太陽能方面其實效率是非常低下的。”
據Miller介紹，光合作用的理論最高效率大約為5%，但實際上只能達到約1%。他相信，從太陽能到燃料的轉換效率最終能夠接近10%。“不過我們目前距離這一目標還很遠。”Miller說。
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