以色列理工學(xué)院太陽能燃料鋰電池集優(yōu)研討中心（I-CORE）的科學(xué)家研制出了一種新的光解制氫辦法，這種根據(jù)納米資料技能的創(chuàng)造，使低本錢光解水制氫成為可能；如果嫁接光伏電池技能，則可能催生制氫光伏工業(yè)，完成光伏發(fā)電和光解水制氫兩個(gè)綠色動(dòng)力出產(chǎn)方法的結(jié)合。
這項(xiàng)效果引起了廣泛的重視，有人拿它跟當(dāng)年名噪一時(shí)的“人造葉片”比較，并以為其出路愈加光亮。這項(xiàng)效果也使以色列政府近年來傾力打造的“腦力回流”科研平臺(tái)I-CORE分外有目共睹。近來，科技日報(bào)記者專訪了以色列理工學(xué)院太陽能燃料集優(yōu)研討中心該項(xiàng)目首席研討員阿夫納·羅斯柴爾德教授。
納米資料技能帶來的革新
“用集成串聯(lián)光伏電池完成光解水制氫徹底可行，光伏發(fā)電的一起制氫、儲(chǔ)氫，氫燃料再用于彌補(bǔ)黑夜和陰天的發(fā)電需求。”羅斯柴爾德通知記者，“我們已找到一種方法來捕捉光，用超薄鐵氧化物薄膜，也就是用比工作用紙還薄5000倍的鐵銹，即三氧化二鐵來貯存光，這是完成高功率和低本錢的要害。”他們的研討效果發(fā)表在《天然資料》上，論文標(biāo)題是《用超薄資料捕獲共振光完成水裂解》。
氧化鐵是一種常見的半導(dǎo)體資料，出產(chǎn)本錢低，在水里不易氧化、耐腐蝕、耐分化，比其他半導(dǎo)體資料體現(xiàn)更安穩(wěn)。但它較低的導(dǎo)電性是研討人員面對的最大應(yīng)戰(zhàn)。科研人員為此斗爭多年，盡力找尋光吸收分離和光生載荷收集之間的折衷計(jì)劃。
“我們的光捕獲計(jì)劃打破了這個(gè)瓶頸，氧化鐵超薄薄膜能夠有效地吸收光生電荷。”羅斯柴爾德說，“相似鏡面的薄膜被置于反射基板上，光線中的四分之一波長或更深的子波長被薄膜捕獲。一起向前和向后傳達(dá)的光波之間增強(qiáng)了吸收外表，光生電荷載體的吸收功率更好。”
談到這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的重大含義，羅斯柴爾德以為，這項(xiàng)科研效果使光伏發(fā)電和制氫一起進(jìn)行成為可能。人們能夠設(shè)計(jì)制造出相對廉價(jià)的結(jié)合有超薄氧化鐵光電極的太陽能電池，這種太陽能電池徹底能夠選用根據(jù)硅資料或其他資料的傳統(tǒng)產(chǎn)品，但能一起完成光伏發(fā)電和制氫。他稱，這些電池完成了太陽能貯存，讓光伏發(fā)電不再受黑夜和陰天影響，這是傳統(tǒng)的光伏發(fā)電無法比擬的。
這項(xiàng)創(chuàng)造還能削減第二代光伏電池對極稀有金屬的用量，理論上講，在不獻(xiàn)身發(fā)電功能的基礎(chǔ)上，這種太陽能電池能節(jié)省90%的碲和銦等稀有元素。
水的耗費(fèi)也是這樣的光伏電廠無法逃避的問題，羅斯柴爾德稱，現(xiàn)在他們運(yùn)用淡水的實(shí)驗(yàn)測算成果，其水的用量以及經(jīng)濟(jì)性和傳統(tǒng)發(fā)電相差無幾。他們還將展開運(yùn)用海水進(jìn)行光解制氫的研討，并對此充滿信心。他稱，自去年底他們的科研效果發(fā)布以來，他們在進(jìn)步制氫功率方面又取得了很大進(jìn)步，理論上講，根據(jù)這種技能的光伏電廠現(xiàn)已能夠?qū)箓鹘y(tǒng)發(fā)電，其本錢平起平坐，如果考慮到綠色、環(huán)保、低碳等因素，這樣的光伏電廠現(xiàn)已具有優(yōu)勢。
占用許多土地則是光伏電廠面對的另一個(gè)難題。羅斯柴爾德對此并不十分憂慮，他說，每個(gè)國家都有許多不能耕耘但光照充沛的土地，它們是建造光伏電廠的天然挑選，并且相對于其他用處占地，全面處理動(dòng)力問題的用地需求并不過火。他以以色列為例，以色列全國路途占用土地是國土面積的3%，而經(jīng)過這種新型光伏電廠徹底處理以色列電力需求只要國土面積的1%，就能徹底完成國家動(dòng)力獨(dú)立，并徹底放棄石化動(dòng)力。
完成清潔動(dòng)力三步走
羅斯柴爾德剖析了完成人類清潔動(dòng)力夢想的各種可能性，他以為比較風(fēng)能、地?zé)崮堋⒑四堋⒊毕艿龋柲芄夥l(fā)電是迄今為止最為成功的清潔動(dòng)力處理計(jì)劃，這種20年前僅用于軍事和太空的貴重的動(dòng)力技能，現(xiàn)在現(xiàn)已變得十分老練和遍及，工業(yè)化程度很高。雖然有人還在質(zhì)疑它的發(fā)電本錢，但就現(xiàn)在技能水平，在以色列光伏發(fā)電的單價(jià)現(xiàn)已與傳統(tǒng)電廠的電價(jià)趨同。如果將運(yùn)轉(zhuǎn)周期放在30年的時(shí)間段進(jìn)行對比，光伏電廠的發(fā)電本錢將低于現(xiàn)行電價(jià)。這其間還不包括傳統(tǒng)電廠存在的出產(chǎn)安全本錢和付出的環(huán)境污染價(jià)值。羅斯柴爾德稱，有一位以色列財(cái)政部前副總司長計(jì)算出的傳統(tǒng)電廠的實(shí)在價(jià)格是現(xiàn)在光伏發(fā)電的兩倍。
羅斯柴爾德并不看好生物燃料，他以為生物燃料的發(fā)電功率不高，天然界的光合作用需求許多土地。大規(guī)模開展生物燃料，人類會(huì)面對用有限土地出產(chǎn)食物或許出產(chǎn)燃料的兩難挑選，動(dòng)力危機(jī)與糧食危機(jī)將交錯(cuò)在一起。
事實(shí)上，許多國家現(xiàn)已把開展可再生動(dòng)力的方針大幅度進(jìn)步，如以色列現(xiàn)在是7%，2020年要到達(dá)20%；德國的方針是到2050年將可再生動(dòng)力進(jìn)步到80%。比較較風(fēng)能和氫能，光伏發(fā)電現(xiàn)在開展最快。但光伏的致命傷是黑夜和陰天不能發(fā)電，如果小規(guī)模的光伏電廠能夠經(jīng)過其他發(fā)電方法進(jìn)行補(bǔ)償和平衡，大規(guī)模光伏發(fā)電則有必要處理太陽能燃料貯存問題。
應(yīng)運(yùn)而生的納米氧化鐵超薄膜制氫技能是一種高效人造光合作用，制氫才能10倍于天然界，嫁接現(xiàn)在十分老練的光伏技能，則可完成光解水制氫和光伏發(fā)電的完美結(jié)合。
羅斯柴爾德提出了處理清潔動(dòng)力問題的三步走計(jì)劃：第一步將光伏發(fā)電的功率提升到10%，第二步把氫能體系加進(jìn)去，第三步將淡水換成海水，“這就是完整含義的人類可持續(xù)開展藍(lán)圖”。
