登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
美国科学家丹尼尔·诺切拉(DanielNocera)日前在第241届美国化学学会的年会上宣布了其研究小组的最新进展——一种廉价高效的“人工树叶”。他在报告中说:“将一加仑水和人造树叶放置在阳光下,可以提供发展中国家一个家庭一天的基本用电。”这个发明引起了科学界乃至世界各国主流媒体的关注——它被认为是人类寻找替代能源的征程中一个里程碑式的发明,甚至有人认为这片小小的“树叶”可能将彻底解决未来的能源和与之相关的环境问题。
“人工树叶”简介
“人工树叶”是一种如扑克牌大小的片状材料,使用方法也非常简单:将它放在水中,暴露在太阳光下,即可将水有效地分解为氧气和氢气,这些气体再被输送到一个分离的燃料电池中储存并发出电力。
英国出版的ChemicalSocietyReviews(《化学学会评论》)杂志曾以封面形式报道了这一发现,图为该杂志当期封面图。
原理:电解水的过程
在说“人工树叶”之前,先让我们来了解一下自然界的树叶是怎么工作的。我们知道,植物是通过光合作用获取生长所需的能量的。这其中的原理非常复杂。简单地讲,树叶中有两套系统:光系统Ⅰ和光系统II。光系统Ⅰ负责吸收二氧化碳,生成植物生长需要的有机物。光系统II负责吸收太阳光,并将水分解为氧气,同时产生质子和电子。事实上,地球上95%的氧气来源于这一过程,而产生的电子和质子将会参与到与二氧化碳的反应中,从而生成淀粉及糖类有机物用于植物生长。当然,这中间还涉及许多复杂的生化反应过程,在这我们不再详细叙述。
与我们这一主题相关的是光系统II。在这一过程中,最关键、最复杂、也是最困难的过程就是将水分解为氧气。而在诺切拉教授的报告中提及的“人工树叶”,其核心正是模仿了树叶的这一过程——通过一种化学催化材料,将水在一定的电压下高效地电解为氧气,同时产生质子和电子;产生的质子与电子可以结合,生成氢气,提供一种清洁的能源。在这一过程中所需的电力,将由硅太阳能电池供给。
看了上面的介绍,也许有些人会有点失望,所谓“人工树叶”原来就是电解水啊,这不就是我们在高中化学时就学过的反应吗!简单讲,不就是用太阳能发电,再用电解水制氢气和氧气,然后再用氢气和氧气通过燃料电池来发电。
其实,诺切拉教授发明的核心就在于他们发现了高效廉价的电解水的电极催化材料,从而使得这一过程的经济性大大增加,让规模化应用成为可能。事实上,关于“人工树叶”的研究可以追溯到十多年前,但由于往往利用铂、钌等贵金属作为催化材料,而且寿命短暂,因此很难进一步进行规模化应用。而诺切拉的研究小组则采用相对廉价的钴、镍等金属化合物以及磷酸盐作为电极催化材料,不仅催化效率远高于传统材料,而且寿命更长、更稳定,使成本大大降低。
我们知道,现在太阳能电池已经得到了很大发展,但其最大的问题是缺乏持续性——只有白天或者光照条件好的情况下才可以发电,到了晚上或阴雨天,不仅无法产生电力,那些在白天产生的电力也不能储存。也就是说,如果不能即时使用,就会浪费掉。
而“人工树叶”则有效地解决了这个问题。白天,将太阳能电池产生的电力通过电解水转化为氢气和氧气,作为化学能储存起来;晚上或阴雨天,又可以随时通过燃料电池将储存的化学能转化为电能。
或许很多人会问,为什么我们要通过这么复杂的一种方式储存太阳能电池所发出的电力呢,我们有非常成熟的电池或其他方式啊!事实上也确实有人在这么做。但问题的关键在于“人造树叶”有其他方式无法比拟的优势。
首先,“人造树叶”的储能效率非常高。举个例子,电池的能量密度只能达到约0.1-0.5MJ/kg,超级电容器仅为约0.01MJ/kg,而氢气的能量密度却高达140MJ/kg。通俗点说,同样质量的氢气储存的能量是电池的1400倍,是超级电容器的14000倍。利用氢气化学储能的优势是多么明显啊!其次,在这一过程中,所消耗掉的仅仅是水,因此也被形象地称为“水燃料”。事实上,即使是这些水在随后的放电过程中也会被再生出来,因此这一过程所需的仅仅是太阳光照而已。讲到这里,我想读者应该了解了:“人工树叶”并非一种新的获取能源的方式,其核心是一种高效的储存能源的方法。
核心:高效的储能方法
未来:发展空间无限
在为这一发明兴奋的同时,我们还应该清醒地意识到,所谓的“人工树叶”其实还存在着较大的局限性。首先,“人工树叶”并未真正实现自然界早已运行上亿年的树叶的全部功能,它仅仅模仿了树叶中光系统II中的局部功能。其次,它的运行也要依赖太阳能电池和燃料电池来完成。再次,它还需要新型的廉价的压缩气体系统以储存所产生的氢气和氧气,然后用于发电。因此,要把这一发明真正规模化应用还有很长的路要走。
即便如此,我们仍然可以看到这一发明在未来发展的广阔前景。正如前面所讲,这一发明的核心在于将电能高效地以氢能的形式储存起来。因此,其电力的来源也将不会仅局限于太阳能电池,也可以是风能、地热能、核能,甚至化石燃料的化学能等。比如说,很多人参观风力发电厂时会奇怪为什么有些风机并不运转,这并不是因为我们有太多的电力了,而是因为电网无法承受这些多出来的电力。据报道,由于无处储存,仅在美国,去年一年就损失了25TWh的风机潜在电力。而这一发明无疑将为解决这个问题提供新的途径。
“人造树叶”还有很大的发展空间。也许在不远的将来,“人造树叶”也能兼具光系统Ⅰ的功能:通过合适的化学反应,让“人造树叶”吸收二氧化碳生成有机物。在如今地球已不堪重负的今天,将废弃有害的二氧化碳通过这种类似于光合作用的方式转化成对人类有用的有机物(如糖、醇类等),将是多么伟大的发明啊!
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
如何高效地提取并保存阳光中的清洁能源一直是人类社会的难题。模仿植物的光合作用把阳光转化成化学能源的技术早已被提出,通过阳光照射和催化剂的共同作用,科学家将水电离成氢气和氧气,这两种气体的混合物可燃、易储存、且无污染。但该步骤中所应用的催化剂却成本高昂,无法大规模应用。近日,美国阿
据英国《卫报》报道,美国麻省理工学院化工科学家丹尼尔诺切拉在制作人工树叶领域有了新突破,他带领的研究团队采用廉价的镍钼锌化合物替代传统昂贵材料,完成了人工光合作用。光合作用,这种能将阳光转化为能量的自然方式已存在了大约4亿年。科学家们始终想模仿制成人工树叶,作为未来的燃料电池,但
美国科学家丹尼尔·诺切拉(DanielNocera)日前在第241届美国化学学会的年会上宣布了其研究小组的最新进展——一种廉价高效的“人工树叶”。他在报告中说:“将一加仑水和人造树叶放置在阳光下,可以提供发展中国家一个家庭一天的基本用电。”这个发明引起了科学界乃至世界各国主流媒体的关注——它被认为是人类寻找替代能源的征程中一个里程碑式的发明,甚至有人认为这片小小的“树叶”可能将彻底解决未来的能源和与之相关的环境
“十五五”是我国经济迈向高质量发展的关键阶段,也是全球能源格局深刻调整的重要时期。在当前和今后一段时间,我国能源电力将持续处于清洁低碳、安全高效转型的大趋势大环境中,如何更加有效地发挥电力在国民经济中的基础和先导作用,促进国家重大发展战略和目标的实现,更好地满足人民群众日益增长的
国家发展改革委、国家能源局近期发布《关于有序推动绿电直连发展有关事项的通知》(以下简称《通知》),国家能源局有关负责同志接受采访,回答记者提问。问:什么是绿电直连?答:直连是指电源不直接接入公共电网,而通过与用户直接连接的电力线路向单一用户供电,供应的电量可以清晰物理溯源。一是绿
5月30日,北极星太阳能光伏网发布一周要闻回顾(2025年5月26日-5月30日)。政策篇两部委:推动绿电直连,新能源自用不低于60%、上网不高于20%,按规缴费5月21日,国家发改委、国家能源局联合印发《关于有序推动绿电直连发展有关事项的通知》,探索创新新能源生产和消费融合发展模式,促进新能源就近就
北极星电力网获悉,5月27日,国家能源集团雄安能源有限公司发生工商变更,注册资本由10亿人民币增至25.6亿元。国家能源集团雄安能源有限公司成立于2020年12月21日,由国家能源投资集团有限责任公司全资持股,法定代表人为蔡兆文。经营范围包括电力(热力)能源的开发与建设(仅限外埠经营)、经营管理
近日,国家发改委、国家能源局印发《关于有序推动绿电直连发展有关事项的通知》。政策直指单一利用公用电网方式下的高比例新能源消纳困境和碳壁垒,提出“主网和微网协同发展”的思想,同时带动发电、用能和电网体系的结构性变革,将对我国能源体制、市场规则和企业角色带来全方位转变。政策背景:促进
国家发展改革委、国家能源局近期发布《关于有序推动绿电直连发展有关事项的通知》(以下简称《通知》),国家能源局有关负责同志接受采访,回答记者提问。问:什么是绿电直连?答:直连是指电源不直接接入公共电网,而通过与用户直接连接的电力线路向单一用户供电,供应的电量可以清晰物理溯源。一是绿
文/王海滨作者系中化能源股份有限公司正高级经济师2025年1月20日,唐纳德#x2022;特朗普宣誓成为美国第47任总统,同日签署行政令宣布美国将再次退出《巴黎气候协定》,并宣布美国进入国家能源紧急状态,将大力开发化石能源。这是世界气候治理和能源低碳转型的一个重要挫折。这一倒退有特朗普个人的原因
当前,我国新型电力系统加快建设,新能源逐步向主体电源演进,终端消费电气化水平不断提升,电力远距离配置能力不断增强,新时代电力发展成效显著。与此同时,电力供需平衡压力叠加系统安全稳定风险,电网转型发展问题亟待破解。新时代电网发展要统筹把握好网架结构与支撑电源、新能源与传统机组、交流
近日,国家发改委、国家能源局印发《关于有序推动绿电直连发展有关事项的通知》(发改能源〔2025〕650号),探索创新新能源生产和消费融合发展模式,促进新能源就近就地消纳。文件提到,本文所指的绿电直连是指风电、太阳能发电、生物质发电等新能源不直接接入公共电网,通过直连线路向单一电力用户供
MeyerBurgerTechnologyAG(梅耶博格)旗下美国子公司MeyerBurgerAmericasLtd.日前宣布,已决定关闭位于美国亚利桑那州古德伊尔(Goodyear)的太阳能组件工厂,并将进行永久裁员。据报道,梅耶博格已于2025年5月22日依据州法律向员工发布《工人调整和再培训通知》(WorkerAdjustmentandRetrainingNotifi
5月21日,国家发改委、国家能源局联合印发《关于有序推动绿电直连发展有关事项的通知》,探索创新新能源生产和消费融合发展模式,促进新能源就近就地消纳。根据文件,本文所指的绿电直连是指风电、太阳能发电、生物质发电等新能源不直接接入公共电网,通过直连线路向单一电力用户供给绿电,可实现供给
“十五五”是我国经济迈向高质量发展的关键阶段,也是全球能源格局深刻调整的重要时期。在当前和今后一段时间,我国能源电力将持续处于清洁低碳、安全高效转型的大趋势大环境中,如何更加有效地发挥电力在国民经济中的基础和先导作用,促进国家重大发展战略和目标的实现,更好地满足人民群众日益增长的
改革是电力行业发展的核心驱动力之一。进入“十四五”以来,在我国“双碳”目标的提出,以及能源安全韧性的拷问下,新一轮电力体制改革全面提速,为构建新型电力系统探索适配的“软件系统”。根据国家能源局公布的数据,2025年一季度,我国风电光伏发电合计新增装机7433万千瓦,累计装机达到14.82亿千
面向新型电力系统开展电力规划,应对“不确定性”是其中的关键命题。高比例新能源、高比例电力电子设备的“双高”特性,叠加用户侧用电结构变化和大量新型负荷的崛起,源荷双侧不可预测性显著增强,传统“源随荷动”的平衡模式难以适用,电力系统安全韧性面临的挑战在“十四五”期间已逐步显现,“十五
陕西礼泉九嵕山,因唐太宗李世民昭陵而著名,同时,这里也是陕西“旱腰带”的代表地区。陕西“旱腰带”地区是指陕西省中部一条横跨多个县区的干旱缺水地带,主要分布在渭北高原。该区域因地质构造、气候条件等因素导致水资源极度匮乏,生态环境脆弱,但光照资源丰富。陕西省针对“旱腰带”地区的特性出
国家发展改革委、国家能源局近期发布《关于有序推动绿电直连发展有关事项的通知》(以下简称《通知》),国家能源局有关负责同志接受采访,回答记者提问。问:什么是绿电直连?答:直连是指电源不直接接入公共电网,而通过与用户直接连接的电力线路向单一用户供电,供应的电量可以清晰物理溯源。一是绿
北极星售电网获悉,5月30日,南方能源监管局发布关于公开征求对《广东省提升新能源和新型并网主体涉网安全能力实施方案(征求意见稿)》意见的通知。文件明确,科学界定涉网安全管理范围。应纳入涉网安全管理范围的并网主体包括海上风电、陆上风电、集中式光伏、分布式光伏、分散式风电等新能源,以及
5月30日,北极星太阳能光伏网发布一周要闻回顾(2025年5月26日-5月30日)。政策篇两部委:推动绿电直连,新能源自用不低于60%、上网不高于20%,按规缴费5月21日,国家发改委、国家能源局联合印发《关于有序推动绿电直连发展有关事项的通知》,探索创新新能源生产和消费融合发展模式,促进新能源就近就
北极星输配电网整理了5月26日~5月30日的一周输配电政策动态。西安关于开展建设零碳工厂(园区)和综合能源示范项目摸底工作的通知5月30日,陕西西安市工信局发布《西安市工业和信息化局关于开展建设零碳工厂(园区)和综合能源示范项目摸底工作的通知》。为推动光伏、氢能、地热、智能微电网、新型储能
近期,多座储能电站获最新进展,北极星储能网特将2025年5月26日-2025年5月30日期间发布的储能项目动态整理如下:我国首个大型锂钠混合储能站投产5月25日,我国首个大型锂钠混合储能站——南方电网宝池储能站在文山壮族苗族自治州丘北县正式投产。宝池储能站属于国家新型储能试点示范项目,也是云南省首
近日,国家发改委、国家能源局印发《关于有序推动绿电直连发展有关事项的通知》。政策直指单一利用公用电网方式下的高比例新能源消纳困境和碳壁垒,提出“主网和微网协同发展”的思想,同时带动发电、用能和电网体系的结构性变革,将对我国能源体制、市场规则和企业角色带来全方位转变。政策背景:促进
北极星售电网获悉,5月30日,江苏电力交易中心发布关于优化江苏电力市场注册、入市工作提示,其中提到,交易中心即日起取消“现货专项注册”业务,后续“入市申请”业务默认包含电力中长期市场交易、现货市场交易。已参与江苏电力中长期市场交易的存量发电企业(不含参与绿电交易的光伏、风电)、一类
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!