Only Perception: 太陽能將二氧化碳轉變成燃料

2014-07-04

太陽能將二氧化碳轉變成燃料

Solar panels light the way from carbon dioxide to fuel (Journal of CO2 Utilization)
http://blogs.princeton.edu/research/2014/07/01/solar-panels-light-the-way-from-carbon-dioxide-to-fuel-journal-of-co2-utilization/

By Tien Nguyen, Department of Chemistry

研究如何抑制因大氣中溫室氣體（例如二氧化碳）濃度上升所導致的全球暖化，通常涉及下面三種領域：發展替代能源、捕捉與儲存溫室氣體以及再利用（repurposing）過量的溫室氣體。利用這些方式的其中二種，Andrew Bocarsly（Princeton 大學化學教授）實驗室中的研究者與一家新公司，Liquid Light Inc.（位於新澤西州 Monmouth Junction 市），的研究者合作，發明一種有效率的方法：收成陽光以便將二氧化碳轉換成一種有潛力的替代能源，稱為甲酸（formic acid，蟻酸）。這項研究發表在 6/13 的 Journal of CO2 Utilization。

從二氧化碳與水轉變成甲酸，其動力來自能源公司 PSE&G 所提供的商業化太陽能板，那能在新澤西州境內的電塔上找到。此過程發生在一套電化學電池（electrochemical cell）中，那由尺寸如矩形午餐盒般的金屬板組成，那封住攜帶液體的通道。

為了使該系統的效率最大化，太陽能板所產生的電量必須與電化學電池所能應付的電量相符，Bocarsly 說。這種優化過程稱為阻抗匹配（impedance matching）。將三個電化學電池堆疊在一起，這個研究團隊能夠達到幾乎是 2% 的能源效率，那是自然光合作用效率的二倍。那亦是迄今所報告，在人造裝置使用上，能源效率最好的一個。

有一些公司對於以甲酸型態將太陽能儲存在燃料電池中表示感興趣。此外，甲酸鹽 -- 能輕易以甲酸製成 -- 是飛機跑道所偏愛的防凍劑（de-icing agent），因為它對於飛機的腐蝕性低且比氯化鹽類更環保。隨著可用性增加，甲酸鹽類能在各種用途中取代更多有害的鹽類。

利用不要的二氧化碳與輕易取得的機械部件，這種方法提供一種有前途的再生燃料路線，Bocarsly 說。

這項研究在財務上由 Liquid Light, Inc., 支持，那由 Bocarsly 與 NSF在 CHE-0911114 許可編號下共同創辦。

※ 相關報導：

＊ Photons to formate: Efficient electrochemical solar energy conversion via reduction of carbon dioxide
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212982014000304

James L. White, Jake T. Herb, Jerry J. Kaczur,
Paul W. Majsztrik, Andrew B. Bocarsly.
Journal of CO2 Utilization
Volume 7, September 2014, Pages 1–5
doi: 10.1016/j.jcou.2014.05.002

The storage of solar energy as formic acid generated electrochemically from carbon dioxide has been identified as a viable solar fuel pathway. We report that this transformation can be accomplished by separating light absorption and CO2 reduction through the use of a commercial solar panel illuminated with natural AM1.5 sunlight to power a custom closed-loop electrochemical flow cell stack. Faradaic yields for formate of up to 67% have been demonstrated in this system, yielding a solar energy to fuel thermionic（熱離子）conversion efficiency above 1.8%.