人造树叶将二氧化碳转化为燃料

在气候变化方面，我们面临的挑战之一不仅仅是如何减少碳排放，而是如何回收我们已经排放到大气中的一些碳……理想情况下，不影响我们的生活水平。本周，剑桥大学的科学家们公布了一项可能有助于实现这些目标的技术:它是一种“人造叶子”，像真正的叶子一样，利用光将二氧化碳转化为有用的燃料——在这种情况下，一氧化碳和氢气的混合物被称为“合成气”。凯蒂·海勒和它的发明者欧文·赖斯纳一起去看了它的实际应用。

欧文:我们已经证明，我们可以将温室气体二氧化碳和水一起转化为一种被称为合成气的能量载体。合成气是一种由一氧化碳和氢气制成的气体混合物，目前用于甲醇合成，例如，你也可以从合成气中提取氢气来制造肥料。我们对合成气感到兴奋，因为合成气可以转化为液态碳基燃料，主要是汽油。

凯蒂-让我们仔细看看。在我们面前的桌子上有一个盒子。那是塑料的吗?它本质上是透明的，然后有很多细节和细节。另外，你有一个小正方形，里面有一些电线。你能一步一步地解释一下发生了什么吗?

欧文:当然。在盒子里，我们有一片人造叶子，这意味着这是电极，电极现在吸收光，光的能量被用来驱动我们的催化剂。

凯蒂-光被吸收了吗?这是怎么呢我们讨论的是什么材料?

Erwin:是的，它被半导体吸收了，半导体可以吸收光，在我们的例子中，半导体——而不是发电——我们用能量驱动催化剂来制造合成气。

凯蒂:有人说它是人造叶子。在这里的自行车上，我情不自禁地拿起面前这片美丽的、绿色的秋叶。这和你正在做的事情有什么关系?

欧文:我们试着适应光合作用的概念，在我们的例子中，我们也有一个叶子的结构，那是一个很薄的血小板，如果你愿意，被称为电极。这里我们也吸收二氧化碳，但我们不产生糖。我们想要生成气态或液态的产物。

凯蒂:你有一个盒子，里面有二氧化碳通过一些水或水溶液被泵进去。然后是你的“叶子”，里面有一些半导体，它们吸收光线，并在叶子上的催化剂上与光线发生一些聪明的化学反应。我们就是这样得到合成气的吗?

欧文:没错。正是这些材料的选择和组合使它成为一个功能系统。

凯蒂-如果是阴天呢?英国的冬天怎么样?

欧文:因此，该系统的优点之一是它不依赖于很强或很高的光强度。它也可以在阴天甚至冬天运行。所以光线强度很低。

凯蒂-为什么以前没人这么做过?当前的技术或科学障碍是什么?

Erwin:人造叶子含有非常多种不同的元素，非常没有问题的元素，但它也含有一系列有问题的或有毒的或稀有的元素。比如铅或银。

凯蒂-好的。所以你的想法是把它们换掉吗?

欧文:是的，这就是我们下一阶段要做的。所以我们确切地知道哪些层要替换成替代品，我们会寻找替代品。

凯蒂:一旦我们有了合成气，你怎么把它变成燃料呢?这个过程有多环保?

欧文:这个过程是成立的。这被称为费托法在一定的高温和催化剂下你可以将合成气转化为液体燃料。这是我们原则上可以持续做的事情。

凯蒂:它是可伸缩的吗?

欧文:我们希望如此。所以目前有很多限制。稳定性不够高，效率也不够高。但我们希望随着进一步的发展，我们可以改进这些。

凯蒂:你怎么看待这种技术的应用?

欧文:我们看到前面还有很多挑战。我们不能保证这将在几年内实施。我们认识到，要实现真正的商业应用，可能需要几十年的发展。但我认为有很多可能性。一种方法是将其用于大规模的集中能源生产。但也有可能用于离网或局部使用。所以我看不出有什么理由不能在没有电网的地方用更小的装置来发电。