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美教授掌握水变油技术

发布时间:2019-10-13 00:07:25 编辑:笔名

一期《自然》杂志报道了美国宾西法尼亚州立大学教授克雷格.格兰姆斯的“水变油”实验:宾西法尼亚大学操场内,上演了一幕让人瞠目结舌的奇迹。研究者将二氧化碳和水蒸气装入一种纳米试管中,在光的作用下,开始发生化学反应,转化成俗称“天然气”的甲烷。近日,格兰姆斯接受了《外滩画报》的采访。

1996年,美国上映了一部名叫《链式反应》的科幻影片,说的是芝加哥大学的一群科学家,搞出了一种全新的能源技术,这种技术能够从水里提取出无穷无尽廉价而又环保的燃料。结果,当负责这个项目的科学家,打算向外发布新闻时,一群蒙面杀手从天而降,炸毁了整个实验室,“水变油”技术灰飞烟灭。

13年后,原本只会在科幻片中出现的“水变油”技术变成现实,他的发明者同样是美国高校的一群科学家。宾西法尼亚州立大学材料工程学教授克雷格.格兰姆斯和他在宾西法尼亚州立大学的同事们一起在学校的草地内,用二氧化钛纳米管(大约135纳米宽,0.1毫米长)去催化水蒸气和二氧化碳,结果喜出望外地得到想要的结果——碳氢化物。

“这是一个相当艰难的项目,我们为此研究超过一年半,而且是在完全没有先例参考的情况下完成的。”格兰姆斯告诉记者,尽管在他之前,已经有科学家提出了用二氧化钛纳米颗粒催化反应,但由于催化效果不明显,科学家普遍认为这一研究没有任何价值。对此,格兰姆斯却提出不同观点。经过无数次的失败尝试,他发现当水蒸气和二氧化碳通过二氧化钛纳米管,同时引入氮气,另外在纳米管的表面负载了铜和铂的纳米颗粒,生成碳氢化学物的速度比以前快了20倍左右。

“蚊型”团队的大成果

格兰姆斯教授带领的研究团共有12人,“水变油”项目只是整个研究项目中的一小部分,只有4人参与,和一般队伍庞大的科研团队相比,只能算一个“蚊型”团队。“我主管项目研发,研究员OommanVarghese负责研发,他的助手研究生ThomasLaTempa,一个成员是擅长纳米管研究的MaggiePaulose。”

在开始“水变油”研究项目前,格兰姆斯发明了一种名叫“利用可见光分解水”的新技术,这为“水变油”提供了基础的技术保障。2007年7月,格兰姆斯在《纳米快报》(NanoLettersJournal)上发文称,由自动排列、垂直定向的钛铁氧化物纳米管阵列组成的薄膜,可在太阳光的照射下将水分解为氢气和氧气。

2008年夏天,格兰姆斯在宾西法尼亚州立大学进行实验。首先,他向钢管内通入二氧化碳和水蒸气,用纳米管薄膜覆盖住仪器的后部,然后在容器顶部安装石英窗户使阳光进入。随后,把这个封闭的仪器在天气好的时候放置在室外的校园内。“当阳光照射在纳米管上时,纳米管释放出高能量的载荷子,使得水分子分解为氢氧自由基和氢离子。当二氧化碳分解后的产物——氧气、一氧化碳和氢气后,就反应生成了甲烷和水。”

“每克二氧化钛纳米管,大约每小时生成160毫升碳氢化学物。这个反应速率至少要快于先前在紫外线下得到的结果20倍。”,格兰姆斯指出,在整个反应后期,铜和铂催化作用明显,但由于铂的价格昂贵,如何减少铂含量而使得催化效果不变,仍值得研究。

“还不具备拯救人类的能力”

在《链式反应》中,杀手“香农博士”这样说:搞出“水变油”技术当然是好事,但当今社会的能源支柱是石油!如果“水变油”技术向外公布,所有的石油产业将会在一夜之间倒闭!美国的股市会在第二天崩盘!金融体系将会瘫痪!整个社会就会陷于骚乱!所以说,“水变油”技术必须被雪藏,等到石油耗竭时,才可以问世。

当记者问及格兰姆斯是否担心“水变油”技术对于能源行业的颠覆性影响,他的回答却颇为谨慎,他承认目前催化剂的效率仍然很低,“目前为止,我们还不具备拯救人类的能力”。

然而,格兰姆斯对未来的研究持乐观态度。他向记者讲述了他未来的三步计划:步是给纳米管安装感应器,让它更好地起到光导作用;再者,通过在纳米管的表面更平均地沉淀铜纳米颗粒;第三,使用实惠的太阳能光电板,这样一来,可以更长时间给薄膜照明。“结合其他一些改进,转化速率还能成倍提高。”

格兰姆斯还指出,“水变油”技术顺带提供给二氧化碳一个的处理方式。“我相信如果有一个集中的二氧化碳来源,就像煤电厂一样,这个生产工艺就能得到工业应用。”

瑞士洛桑联邦理工学校的物理化学家MichaelGrtzel称这个结果是基础性的研究,它表明纳米管通过变化试验,能让“水变油”具备更高的转化效率。科罗拉多州葛尔登市的国家可再生能源实验室的电子化学家约翰。特纳也表示,这是很好的工作,很有科学性。但他指出,处理二氧化碳,或许还有更好的方法。现在已有人通过工业生产,把二氧化碳变为合成气,而且可以在同一个生产过程中把合成气转化为液态碳氢化合物,而格兰姆斯的实验则需要依靠太阳光提供转换条件,这样一来,二氧化碳转换为碳氢化合物,就变成了间断性生产过程。

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