全(quan)球變暖現在是世(shi)界各國都(dou)在考慮的(de)(de)大問題，很多科學家(jia)都(dou)在研究(jiu)如何將(jiang)(jiang)(jiang)二氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳封存，以減(jian)少其對(dui)地球環(huan)境的(de)(de)影響。不過(guo)，美(mei)國桑迪亞國家(jia)實驗(yan)室的(de)(de)科學家(jia)們最近成功演示(shi)了一(yi)臺(tai)樣機，可(ke)以利(li)用(yong)太陽(yang)能(neng)，將(jiang)(jiang)(jiang)水和二氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳轉(zhuan)化(hua)(hua)為(wei)氫氣和一(yi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳。這個“從陽(yang)光到汽油”的(de)(de)系統將(jiang)(jiang)(jiang)幫(bang)助人(ren)們找到一(yi)個循環(huan)利(li)用(yong)二氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳的(de)(de)好(hao)辦(ban)法，將(jiang)(jiang)(jiang)發電站和工廠排放的(de)(de)二氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳轉(zhuan)化(hua)(hua)為(wei)汽油、柴油和航空(kong)燃料(liao)，其能(neng)量(liang)轉(zhuan)換效(xiao)(xiao)率至少達到自然界光合作用(yong)效(xiao)(xiao)率的(de)(de)兩倍(bei)。

美國(guo)麻省(sheng)理工學院《技(ji)術評論》雜志日前報道說(shuo)，今(jin)年秋天，桑迪亞國(guo)家實驗(yan)室的(de)一臺手工制造的(de)樣機(ji)測試(shi)獲(huo)得成功(gong)。“這(zhe)是我們評估的(de)第(di)一臺樣機(ji)。”該(gai)機(ji)器的(de)發明者——桑迪亞國(guo)家實驗(yan)室的(de)研究人(ren)員Rich Diver說(shuo)。

“目前看來(lai)，我們認為(wei)這(zhe)是除封(feng)存二(er)(er)氧化(hua)(hua)碳(tan)(tan)以外(wai)的(de)另一個選擇。”桑(sang)迪亞先進材(cai)料實驗室的(de)化(hua)(hua)學(xue)工程師James Miller說。他的(de)解釋是，不用將二(er)(er)氧化(hua)(hua)碳(tan)(tan)泵入(ru)地(di)下永久保(bao)存，充足的(de)太陽(yang)能可(ke)以被用來(lai)獲(huo)得(de)“反向燃燒”，將二(er)(er)氧化(hua)(hua)碳(tan)(tan)變(bian)回(hui)一種燃料。“這(zhe)一方(fang)法可(ke)以對煤廠、釀酒廠等集中排(pai)放(fang)源釋放(fang)的(de)二(er)(er)氧化(hua)(hua)碳(tan)(tan)進行高效利(li)用”。

這個圓柱形的(de)金屬(shu)機器，被(bei)稱為反轉環接(jie)收反應換熱器（CR5），依靠被(bei)聚焦的(de)太陽能來引(yin)發一種富鐵合成材(cai)料(liao)(liao)的(de)熱化學反應。根據(ju)設計，該材(cai)料(liao)(liao)在(zai)極高溫條件下(xia)會(hui)放棄一個氧分子，而溫度(du)降下(xia)來時又會(hui)重新得(de)到(dao)一個氧分子。

該樣機每一(yi)(yi)(yi)側(ce)(ce)(ce)各有(you)一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)腔(qiang)體(ti)(ti)。一(yi)(yi)(yi)邊是熱的(de)，另(ling)一(yi)(yi)(yi)邊涼(liang)一(yi)(yi)(yi)些。貫穿中間的(de)是14個(ge)(ge)(ge)(ge)飛盤狀的(de)環，以每分(fen)(fen)鐘一(yi)(yi)(yi)圈的(de)速度旋(xuan)轉。每個(ge)(ge)(ge)(ge)環的(de)外沿都由以鋯基為載體(ti)(ti)的(de)鐵(tie)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化合材料組成(cheng)。科(ke)學家們使(shi)用一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)太陽(yang)能聚集器來加熱一(yi)(yi)(yi)側(ce)(ce)(ce)的(de)腔(qiang)體(ti)(ti)至1500攝氏(shi)度，使(shi)得(de)(de)環一(yi)(yi)(yi)側(ce)(ce)(ce)的(de)鐵(tie)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化物(wu)放棄氧(yang)(yang)(yang)(yang)分(fen)(fen)子。當這(zhe)一(yi)(yi)(yi)側(ce)(ce)(ce)旋(xuan)轉到另(ling)一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)腔(qiang)體(ti)(ti)時，馬上(shang)開始(shi)降溫，二氧(yang)(yang)(yang)(yang)化碳(tan)(tan)(tan)也被泵入。這(zhe)種降溫過(guo)程幫助鐵(tie)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化物(wu)從二氧(yang)(yang)(yang)(yang)化碳(tan)(tan)(tan)中“偷(tou)”回氧(yang)(yang)(yang)(yang)，留下一(yi)(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化碳(tan)(tan)(tan)。這(zhe)個(ge)(ge)(ge)(ge)過(guo)程不(bu)斷(duan)重復，使(shi)得(de)(de)泵入的(de)二氧(yang)(yang)(yang)(yang)化碳(tan)(tan)(tan)不(bu)斷(duan)變成(cheng)一(yi)(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化碳(tan)(tan)(tan)向外輸出。

Miller說，這(zhe)一過程也(ye)可(ke)(ke)以(yi)用來生產氫(qing)(qing)氣，唯一的不同在于(yu)，往第二個(ge)容器(qi)內(nei)添(tian)加的不是二氧化(hua)碳(tan)，而是水。這(zhe)兩個(ge)過程分(fen)別(bie)得(de)到的氣體——氫(qing)(qing)氣和(he)二氧化(hua)碳(tan)混(hun)合后成為合成氣，合成氣可(ke)(ke)以(yi)被當做傳(chuan)統(tong)燃(ran)料的“簡易(yi)替換元件”。

Diver最初設計(ji)這(zhe)一(yi)機器時，腦子里想的(de)是氫(qing)經濟(ji)。他的(de)想法(fa)是避免電解(jie)的(de)低效(xiao)率，建造一(yi)個(ge)太(tai)陽能熱機，直(zhi)接(jie)生(sheng)產(chan)氫(qing)氣(qi)和(he)氧氣(qi)，去掉電這(zhe)個(ge)“中間(jian)人”。目前(qian)，日本、法(fa)國和(he)德國的(de)一(yi)些科學家(jia)還在繼續沿(yan)著這(zhe)一(yi)研究思路努力。

但是，桑(sang)迪亞國家(jia)實驗室的科學家(jia)們(men)很快(kuai)意(yi)識(shi)到(dao)，相同的過程可(ke)以(yi)將二氧化(hua)碳變為一氧化(hua)碳。即使氫經濟無法實現(xian)，他們(men)仍然(ran)有(you)辦(ban)法制造出我們(men)現(xian)在所依賴的傳統燃料，而(er)且這一辦(ban)法還可(ke)以(yi)減少因煤和(he)天(tian)然(ran)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(dao)20年才能(neng)真正(zheng)推向市場。在這期(qi)間他們的(de)目標是每三年推出新(xin)(xin)一(yi)代的(de)樣機，不斷提高能(neng)量(liang)轉化(hua)效率以及降低成本(ben)。這也(ye)許可以寄希(xi)望于新(xin)(xin)的(de)陶瓷合成材料的(de)發展(zhan)，這樣的(de)材料在較(jiao)低一(yi)些的(de)溫度就(jiu)會(hui)釋放(fang)氧分子，使得更多的(de)太陽(yang)能(neng)被(bei)轉換(huan)成氫氣或一(yi)氧化(hua)碳。

“我們(men)的短期目標(biao)是將效(xiao)率(lv)(lv)提高幾個百分(fen)點。”Miller說，“它看起來可能(neng)只是很(hen)小(xiao)的一個數(shu)字，但我們(men)可以將它與光(guang)合作用相(xiang)比較，光(guang)合作用在利用太陽能(neng)方面其實效(xiao)率(lv)(lv)是非(fei)常低下的。”

據Miller介(jie)紹，光合作用(yong)的(de)理(li)論最高(gao)效(xiao)率大約為5%，但實際上只能達(da)到約1%。他相信，從太陽能到燃(ran)料的(de)轉換效(xiao)率最終(zhong)能夠接近10%。“不過我(wo)們目前(qian)距離這一目標還很遠。”Miller說。

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