科学家正试图将太阳能装入瓶中并将其转化为液体燃料

科学家正试图将太阳能装入瓶中并将其转化为液体燃料

如果我们可以装瓶太阳能，那么即使在太阳不发光的情况下它也可以用来为我们的家庭和工厂供电？几十年来，科学家一直在寻找一种方法，现在瑞典的研究人员正在报告取得重大进展。他们开发了一种专门的液体，可吸收一点阳光的能量，持续数月甚至数年，然后在需要时释放。如果这种所谓的太阳能热燃料能够得到完善，它可能会在化石燃料的棺材中推动另一个钉子 - 并有助于解决我们的全球变暖危机

与石油，煤炭和天然气不同，太阳能热燃料可重复使用且对环境无害。它们释放能量而不会将二氧化碳和其他温室气体喷入大气中。“太阳能热燃料就像一块可充电电池，但不是用电，而是让阳光进入，并根据需要触发热量，”负责此类材料的麻省理工学院实验室负责人杰弗里格罗斯曼说。

分子杰基尔和海德在瑞典哥德堡市查尔姆斯理工大学物理大楼的屋顶上，Kasper Moth-Poulsen建立了一个原型系统，用于测试他的研究小组创造的新型太阳能热燃料。当泵通过透明管循环流体时，来自太阳的紫外线会激发其分子进入通电状态，就像Jekyll博士转变为海德先生一样。

光重新排列燃料中的碳，氢和氮原子之间的键，将称为降冰片二烯的化合物转换成另一种叫做四环素的化合物 - 充满活力的海德先生版本。由于能量被困在强化学键中，因此即使冷却下来，四环素也能保留捕获的太阳能。

能源系统以循环方式运作。首先，液体从建筑物屋顶上的太阳能集热器中捕获来自太阳光的能量。然后将其储存在室温下。当需要能量时，可以通过催化剂吸收能量，使液体加热。

为了提取储存的能量，Moth-Poulsen将活化燃料通过钴基催化剂。然后，类似海德的四环分子变形成它们的Jekyll形式，即降冰片二烯。转换释放出大量的热量 - 足以将燃料温度提高63摄氏度。

如果燃料在室温下开始，它会迅速升温到大约84摄氏度 - 足够热到足以加热房屋或办公室。“你可以将热能用于热水器，洗碗机或干衣机，”格罗斯曼说。“也可能有很多工业应用。” Moth-Poulsen表示，用于烹饪，灭菌，漂白，蒸馏和其他商业运营的低温热量占欧盟能耗的7％。

太阳能热燃料可以存储在房屋或工厂内的非绝缘罐中 - 或者可能存储在太阳能农场和城市之间的管道或卡车上。反应损坏了很少的燃料或催化剂，因此系统可以在闭环中运行，吸收太阳能并一次又一次地放热。“我们经历了125次循环而没有任何明显的退化，”Moth-Poulsen说道。

没有火热

Moth-Poulsen计算出他的燃料的最佳变体可以存储每公斤250瓦时的能量。英镑，这大约是特斯拉Powerwall电池能量容量的两倍，一些房主和公用事业公司现在用来存储太阳能电池板产生的电力。

“我对卡斯帕正在做的事情感到非常兴奋，”格罗斯曼对这项研究说。他说，在20世纪70年代对降冰片二烯燃料进行了大量研究之后，化学家受到了阻碍。燃料在几个循环后不断下降。他们没有长时间保持能量，他们必须与稀释能量吸收燃料的有毒溶剂混合。Moth-Poulsen“已经回到那个分子，正在使用最先进的工具来修复它，”格罗斯曼说。

过去一年发表在一系列科学论文中的新结果引起了投资者的注意。Moth-Poulsen说许多公司已与他联系，讨论商业化的可能性。

从原型到产品对于太阳能热燃料的所有承诺，未来几年的发展前景。“我们已经取得了很大的进步，”Moth-Poulsen说，“但仍有很多问题需要解决。”

关键的下一步将是开发一种单一燃料，它结合了Chalmers团队开发的许多燃料变体的最佳特性 - 包括长保质期，高能量密度和良好的可回收性。在中国天津大学领导一个研究太阳能热燃料研究小组的魏峰指出，无溶剂运行是另一个“未来商业化的巨大挑战”。

Moth-Poulsen的原型燃料是通过常见的工业流程和广泛使用的工业制剂制成的。但目前尚不清楚商业版燃料的价格是多少。成本中的一个重要因素是燃料的效率，目前这个效率非常低。原型燃料仅响应最短波长的太阳光，包括紫外线和蓝色，仅占可用太阳能的5％。Moth-Poulsen说他正在努力扩大燃料的灵敏度以包括更多的频谱。

他还打算打破他自己63摄氏度C温升的记录。当传统的太阳能集热器将热量加到已经预热到40摄氏度或更高的水中时，他说，“这足以将水煮成蒸汽。” 然后蒸汽可以驱动涡轮机发电。但随着对化学结构的更多调整，他说，“我认为我们可以将[温度升高]推高到80摄氏度或更高。” 对于发电，更热更好。

“当我开始时，实际上只有一个研究小组在研究这类系统，”这位40岁的Moth-Poulsen回忆道。但是，进展已经吸引了其他人接受挑战。“现在美国，中国，德国都有团队 - 全世界大约有15个团队，”他说。

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