未來(lái)減排的新趨勢(shì)

巴豆

日本豐田汽車集團(tuán)旗下的豐田中央研究所，2021年宣布在“人工光合作用”技術(shù)上有新突破，成功研發(fā)實(shí)用規(guī)格的太陽(yáng)電池，進(jìn)一步提升了能源轉(zhuǎn)換率。

所謂人工光合作用，指的是利用太陽(yáng)能制造化合物的技術(shù)。日本政府很早就決定投入研究，并在近年逐漸接近實(shí)用化水準(zhǔn)。據(jù)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省說(shuō)明，日本為了遵循處理氣候變化問(wèn)題的巴黎協(xié)定，以及在全球變暖對(duì)策與經(jīng)濟(jì)成長(zhǎng)之間達(dá)成雙贏，定下在2050年之前減少80%溫室氣體的目標(biāo)。而日本各行各業(yè)里，排碳最多的產(chǎn)業(yè)是消耗熱能的鋼鐵業(yè)，第二是生產(chǎn)塑膠的化工產(chǎn)業(yè)，兩者都要消耗化石燃料。人工光合作用能夠制造氫燃料，使用氫燃料的鋼鐵業(yè)可以大幅減少碳與化工原料“烯烴”。這兩大碳排產(chǎn)業(yè)所需，未來(lái)都可能由人工光合作用技術(shù)來(lái)供應(yīng)。因此人工光合作用是一項(xiàng)可望擺脫化石燃料，實(shí)現(xiàn)零碳排的社會(huì)科技。

人工光合作用成敗的關(guān)鍵，是日本特別研發(fā)的“觸媒技術(shù)”。以能夠合成出烯烴（塑膠原料）的案例來(lái)說(shuō)明。要進(jìn)行人工光合作用，須使用被稱為“光觸媒”的物質(zhì)，它能在經(jīng)過(guò)光的照射之后，產(chǎn)生特定的化學(xué)反應(yīng)，生成新的化合物。而這里的光觸媒，在被太陽(yáng)光照射之后，可以分解水，產(chǎn)生氫氣與氧氣；再透過(guò)“分離膜”，單獨(dú)把氫氣分離出來(lái)；最后取出的氫氣，和工廠排出的二氧化碳，經(jīng)過(guò)“合成觸媒”產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，制造出烯烴。

因此，要實(shí)現(xiàn)人工光合作用，就要在“光觸媒”“分離膜”“合成觸媒”三個(gè)領(lǐng)域研究開(kāi)發(fā)。為此，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省自2012年開(kāi)始投入資源，支持相關(guān)產(chǎn)學(xué)研究。其中要點(diǎn)在于，如何提高太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率，讓人工光合作用的工序做到低成本高效率，成為足以大量生產(chǎn)的技術(shù)。

那么轉(zhuǎn)換效率要到多少，才有大量生產(chǎn)的可行性呢？一般植物的“太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率”約在0.2%～0.3%，而要實(shí)現(xiàn)人工光合作用，得遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)程度。2016年，日本做到植物的10倍，也就是3%（生產(chǎn)氫）的轉(zhuǎn)換效率，2017年又進(jìn)步到3.7%；2021年豐田創(chuàng)造了7.2%的新記錄。而這一技術(shù)的最終目標(biāo)則為10%；十年時(shí)間，人工光合作用研發(fā)逐步邁向目標(biāo)，創(chuàng)造更好的能源未來(lái)。