太阳能"人造叶"利用阳光生产出清洁的、可用于汽车的液体燃料

剑桥大学的科学家们已经开发出一种"人造叶子"，它以太阳光为动力，将二氧化碳和水转化为乙醇和丙醇。这项创新消除了生产合成气的中间步骤，使该技术更加实用，并为可持续的零碳排放的未来铺平道路。

来自剑桥大学的研究人员利用光合作用的力量，将二氧化碳、水和阳光在一个步骤中转化为多碳燃料 -- 乙醇和丙醇。这些燃料具有很高的能量密度，可以很容易地储存或运输。

与化石燃料不同，这些太阳能燃料产生净零碳排放，而且完全可再生，与大多数生物乙醇不同，它们不会从粮食生产中转移任何农业用地。

虽然该技术仍处于实验室规模，但研究人员表示，他们的"人造树叶"是向基于化石燃料的经济过渡的重要一步。该结果在《自然-能源》杂志上刊出。

生物乙醇被认为是汽油的清洁替代品，因为它是由植物而不是化石燃料制成的。今天在道路上行驶的大多数汽车和卡车都使用含有高达10%乙醇的汽油(E10燃料)。美国是世界上最大的生物乙醇生产国：根据美国农业部的数据，美国种植的所有玉米中几乎有45%被用于生产乙醇。

领导这项研究的Erwin Reisner教授说："像乙醇这样的生物燃料是一项有争议的技术，主要是因为它们占用了本可以用来种植粮食的农业用地。"

带有人造叶子的光反应器在太阳照射下工作

几年来，位于优素福-哈米德化学系的赖斯纳研究小组一直在开发可持续的零碳燃料，其灵感来自于光合作用--植物将阳光转化为食物的过程--利用人造叶子。

到目前为止，这些人造叶子只能制造简单的化学品，如合成气，一种氢气和一氧化碳的混合物，用于生产燃料、药品、塑料和肥料。但是为了使该技术更加实用，它需要能够在单一太阳能供电的步骤中直接生产更复杂的化学品。

现在，这种人造叶子可以直接生产清洁的乙醇和丙醇，而不需要生产合成气的中间步骤。

研究人员开发了一种基于铜和钯的催化剂。该催化剂经过优化，允许人造叶子生产更复杂的化学品，特别是多碳醇的乙醇和正丙醇。这两种醇都是高能量密度的燃料，可以轻松运输和储存。

其他科学家已经能够利用电力生产类似的化学品，但这是第一次只利用太阳的能量用人造叶子生产如此复杂的化学品。

论文的第一作者Motiar Rahaman博士说："将阳光照射在人造叶子上，并从二氧化碳和水中获得液体燃料，这是一个令人惊讶的化学过程。通常情况下，当你试图使用人造叶子装置将二氧化碳转化为另一种化学产品时，你几乎总是是得到一氧化碳或合成气，但在这里，我们已经能够仅仅使用太阳的力量来生产一种实用的液体燃料。这是一个令人兴奋的进步，为我们的工作开辟了全新的途径。"

目前，该装置是一个概念验证，只显示出适度的效率。研究人员正在努力优化光吸收器，以便它们能够更好地吸收太阳光，并优化催化剂，以便它能够将更多的太阳光转化为燃料。还需要进一步的工作，使该装置可以扩展，以便它可以生产大量的燃料。

"即使仍有工作要做，我们已经展示了这些人造叶子的能力，"Reisner说。"重要的是表明我们可以超越最简单的分子，制造出在我们过渡到远离化石燃料时直接有用的东西。"