一杯水造出燃料

杜以會編譯

最近，麻省理工學(xué)院(MIT)的化學(xué)教授諾伽拉(Daniel Nocera)對著禮堂的科學(xué)家和美國政府能源官員說：“我要給各位看的東西，沒給任何人看過?！彼埓蠖Y堂管理員把燈光轉(zhuǎn)暗，然后開始播放影片。“看得到嗎?”他指著浸在水里的一片材料冒出的氣泡，興奮地問。“氧氣從這塊電極涌出，”然后神秘地補(bǔ)充，“這就是未來，我們已經(jīng)找到那片葉子。”

諾伽拉展示的是從水里產(chǎn)生氧氣的反應(yīng)，就像綠色植物行光合作用那樣，所以他稱水為“葉子”。這樣的成就，對于整個(gè)能源領(lǐng)域來說具有深遠(yuǎn)的意義。這個(gè)反應(yīng)在他開發(fā)出來的觸媒協(xié)助之下進(jìn)行，是將水分解，產(chǎn)生氫氣的第一步，也是最困難的一步。諾伽拉相信，用高效率的方法從水產(chǎn)生氫，將有助于克服太陽能目前無法成為電力主要來源的重要障礙。

太陽能有它的獨(dú)特潛力，能夠產(chǎn)生大量的干凈能源，不會造成全球變暖。但是如果儲存這種能源的方法過于復(fù)雜而且耗費(fèi)過高，太陽能電力就無法大規(guī)模取代化石燃料。在諾伽拉設(shè)計(jì)的情境中，陽光會分解水，產(chǎn)生多種容易儲存的氫燃料，送到內(nèi)燃發(fā)電機(jī)燃燒，或者在燃料電池中和氧重新結(jié)合。他更大的野心是應(yīng)用這種反應(yīng)分解海水：讓氫通過燃料電池，除了產(chǎn)生電力，也造出淡水。初步的測試中，他的觸媒在有鹽存在的情況下表現(xiàn)得很好，他正在做進(jìn)一步的測試，觀察它處理海洋中其他化合物的情形。如果行得通，諾伽拉的系統(tǒng)將不只可用于應(yīng)對能源危機(jī)，還有助于解決全球日益嚴(yán)重的淡水短缺問題。

諾伽拉認(rèn)為，有兩種方法可以利用他的突破性研究。第一種方法是，用傳統(tǒng)的太陽能板捕捉陽光來產(chǎn)生電力，電力驅(qū)動電解器，電解器用他的觸媒分解水。第二種方法是運(yùn)用比較像“葉子”結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，將觸媒置于設(shè)計(jì)來吸收陽光的特殊染料分子旁邊，染料捕捉的能源，將驅(qū)動水的分解反應(yīng)。不管是哪一種方法，太陽能都將轉(zhuǎn)化成氫燃料，很容易儲存，并且任何需要的時(shí)候使用。

諾伽拉大膽宣稱他的研究進(jìn)展十分重要，許多專家質(zhì)疑他的系統(tǒng)能否擴(kuò)大應(yīng)用，以及經(jīng)濟(jì)效益有多好。諾伽拉卻不退縮，“有了這個(gè)發(fā)現(xiàn)，我徹底改變了現(xiàn)狀，”他告訴全場聽眾，“以前所有的主張都可以丟到窗外?！?/p>

不過，邁可·葛雷徹(Michael Gratzel)也許有聰明的方法，能將諾伽拉的發(fā)現(xiàn)實(shí)用化。葛雷徹是瑞士洛桑(Lausanne)的聯(lián)邦理工學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程教授，諾伽拉很早就找葛雷徹談他的新觸媒。

1991年，葛雷徹造出一種新型太陽能電池，用到含釕的一種染料，其作用很像植物中的葉綠素，能吸收光和釋放電子。但是葛雷徹的太陽能電池中，電子不會激發(fā)水分解反應(yīng)；它們是由一層二氧化鈦薄膜收集起來，引導(dǎo)通過外部電路而產(chǎn)生電力。葛雷徹現(xiàn)在認(rèn)為，他可以把自己的太陽能電池和諾伽拉的觸媒整合起來，成為單一的裝置，捕捉來自陽光的能源，用它來分解水。

如果他的看法是對的，我們就會跨出重要的一大步，造出在許多方面都很像一片葉子的裝置。葛雷徹的構(gòu)想是，用他的染料取代諾伽拉的系統(tǒng)中，讓觸媒在上面形成的電極；染料本身受到光線照射，就會產(chǎn)生促使觸媒成形的電壓。“染料的作用就像分子導(dǎo)線，把電荷送走，”葛雷徹說，觸媒接著在需要的地方，也就是在染料上面形成，觸媒形成之后，染料吸收的陽光就會驅(qū)動分解水的反應(yīng)。葛雷徹表示，和另外使用太陽能板、電解器比起來，這種裝置可能更有效率，也更便宜。

就像諾伽拉說的，借用大自然本身的藍(lán)圖，人類或許不久就能利用太陽“從一杯水造出燃料”。這個(gè)想法很美，任何化學(xué)家都會拍手叫好——每個(gè)人應(yīng)該也都會覺得，希望成真的可能性很高。