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超级计算机催生全新能源形态,人类或将摆脱化石燃料实现零碳循环

一直以来,人类都依赖着化石燃料驱动文明。然而,在化石燃料储量日益减少、气候变暖日益加剧的今天,科学家们一直希望开发出一种新型燃料的生产技术:太阳能燃料。

所谓的太阳能燃料,其实是一个脑洞大到类似于“水变油”的想法:利用太阳能,将传统燃料燃烧后的“废物”——水或二氧化碳——重新转换成燃料。想法虽然十分美好,但这一过程十分艰难复杂,科学家们到现在都还没有找到合适的解决方案。不过,最近的一项研究将很有可能将改变这一现状。

长久以来,已知可以用于生产太阳能燃料的催化剂只有 16 种。来自美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)和加州理工学院的研究人员利用超级计算机采用了全新的方法,在两年内便新发现了 12 种催化剂大大推进了太阳能燃料的研究进程。

3 月 6 日,此项重要研究成果发表在美国国家科学院院刊(Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS)上。

在阳光的照射下,名为“光阳极”的催化剂材料将水分子中的氢和氧进行分离,生成氢气和氧气(图中气泡)。这一重大研究突破将可能助推太阳能燃料的大规模生产。

那么问题来了,我们已经拥有相当高效的太阳能电池了,可以直接把太阳能转化为电力。为什么科学家们还在研究把太阳能转化为燃料的技术呢?答案是:纵使太阳能电池的效率再高,人类也离不开燃料

自1776年,英国人瓦特改良的蒸汽机发出第一声轰鸣开始,人类就再也无法摆脱燃料。不论是火箭、飞船,还是车辆、潜艇,亦或是工业生产、炒菜做饭,人类生活的方方面面都与燃料息息相关。两百多年来,我们这个地质学意义上几乎是一个瞬间的时间里,把地球几十亿年的化石储备燃烧掉,首先转化成热,然后再变成机械能、电能,当然了,还有造成温室效应的二氧化碳。

可以这么说,现代人类社会的几乎全部动力都基于下面这个简单的化学反应:

碳氢化合物 / 氢气 + 氧气 → 水 + 二氧化碳

然而,就算地球上的燃料暂时还不会耗尽,化石燃料燃料带来的气候变暖已经火烧眉毛。根据政府间气候变化专门委员会(IPCC)的报告称,如果人类想要让地球摆脱生态崩溃、海平面上升、粮食短缺甚至陷入战乱的梦魇,必须把温度上升限制在2度以内——或者说,还能再排约1亿吨二氧化碳。如果人类按照现有情况继续排放,只需要20到30年就可以“达成”这个危险的目标。

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