如何用“化学”产生并储存“绿色新能源”?墨子沙龙专家如是说

2019-04-15 18:21:42 来源: 科技日报 作者: 王春

实习生 张艺美 本报记者 王春

“在当今人口爆炸的时代,人口数量,人均消耗量不断增加,地球最主要的能量来源—化石能源逐渐减少,且在消耗过程中给环境带来巨大污染的情况下,人类该何去何从?”

4月14日,墨子沙龙讲座“新材料&新能源:让世界更‘绿色’的化学” 在上海图书馆举行,加州大学伯克利分校教授杨培东、厦门大学教授郑南峰、中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员陈立桅等共话“神奇化学”,探讨人类走向绿色未来的方向。

是否可以用化学的方法直接产生人类生产、生活所需要的能源?用新的材料“优化”化学工业,让它更环保?或者对能源进行更高效的利用,在节约能源的同时也给人类的生活带来便利?专家们的讲座引人思考。

化学新能源、绿色新材料,这些新型的绿色人工资源,打开了人类对材料认识、环境保护的无限空间,让我们从多角度向可替代绿色资源展开研究。郑南峰教授在演讲中介绍了如何用“催化剂”等精准控制化学反应,让化工过程更顺利,副产物排放更少,化工生产更绿色。以其研究小组的“如何让有机物在纳米材料表面反应更有选择性、更绿色”研究为例,郑南峰详细地为大家讲解了“自然界的还原酶”在工业上的指导作用。

离开很多材料,人类的生活将没有那么舒服及多姿多彩,但一看这些材料来自化学工业,人们心里便有些忐忑,认为可能会产生污染。“其实通过技术的进步,我们是可以解决这些问题的”,郑南峰说,催化剂就像是“黑箱子”一样,可以让污染物更少,材料品质更高。通过科研工作,他们可以让“黑箱”慢慢打开,可以知道哪些东西有用,哪些环保。他希望“在未来,我们的化工不再有污染。”

陈立桅说的则是“小电池与它的大影响”。他以电池储存为主题,绿色环保为导向,介绍了未来的“电池研发”研究规划。从“电池材料”入手,未来的电池领域研究将从储备丰富的材料,像钠、镁、铝到有机物,甚至是围绕绿色生物制材料展开。以电池研发工具丰富研究方向,他们将通过高精度电子显微镜、散列中子源、同步辐射光源、自由电子激光器等深入电子研究。

在陈立桅看来,电池对我们的未来影响巨大。“它可以使人类生活更加绿色,更加智能、更加移动。”同时,他强调,在智能5G时代,所有的互联物件上都有电池的身影,而电池的存在也为我们的智能生活打下了坚实的基础。

如果产生和储存绿色资源的研究机制都了解了,我们能否实现真正的人工的能源转化呢?以人工光合作用为研究方向,杨培东在讲座中详细地介绍了“人工光合”的过程,分享的主题是“液态阳光”,即二氧化碳加上水、加上太阳能,把它转化成氧气和人类所需要的一些重要化学品。

杨培东介绍,在2003年的时候,其研究团队在伯克利国家实验室能源部启动了太阳神计划,这个计划的目的就是怎么跟自然界学习,做到把二氧化碳利用半导体、利用催化剂,把它转化成有用的化学品。

团队2014年在实验室以人工光合作用系统,实现了一定的转化效率。杨培东说,“这次实验中,从太阳能转化为化学能的概率能达到8%-10%,远超于绿色植物0.5%的转化率。”据了解,由于人类需要肥料才能进行农业生产,因而团队接下来的研究方向则是通过氮气、太阳能将水和二氧化碳转化成肥料。当然这还只是未来的愿景。

据悉,墨子沙龙是由中国科学院院士潘建伟倡导主办的公益性大型科普论坛,沙龙邀约近百名前沿科学领域的中国国内优秀科学家,力图打造以上海为中心,影响力覆盖全国的高端前沿科学普及论坛。中科大校长包信和表示,科学不是神秘的事情,而是应该与公众息息相关。希望通过这次活动不仅能够反馈社会的问题,还能让公众对科学有较好的认识。

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