巴豆

日本豐田汽車集團(tuán)旗下的豐田中央研究所，2021年宣布在“人工光合作用”技術(shù)上有新突破，成功研發(fā)實用規(guī)格的太陽電池，進(jìn)一步提升了能源轉(zhuǎn)換率。

所謂人工光合作用，指的是利用太陽能制造化合物的技術(shù)。日本政府很早就決定投入研究，并在近年逐漸接近實用化水準(zhǔn)。據(jù)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省說明，日本為了遵循處理氣候變化問題的巴黎協(xié)定，以及在全球變暖對策與經(jīng)濟(jì)成長之間達(dá)成雙贏，定下在2050年之前減少80%溫室氣體的目標(biāo)。而日本各行各業(yè)里，排碳最多的產(chǎn)業(yè)是消耗熱能的鋼鐵業(yè)，第二是生產(chǎn)塑膠的化工產(chǎn)業(yè)，兩者都要消耗化石燃料。人工光合作用能夠制造氫燃料，使用氫燃料的鋼鐵業(yè)可以大幅減少碳與化工原料“烯烴”。這兩大碳排產(chǎn)業(yè)所需，未來都可能由人工光合作用技術(shù)來供應(yīng)。因此人工光合作用是一項可望擺脫化石燃料，實現(xiàn)零碳排的社會科技。

人工光合作用成敗的關(guān)鍵，是日本特別研發(fā)的“觸媒技術(shù)”。以能夠合成出烯烴（塑膠原料）的案例來說明。要進(jìn)行人工光合作用，須使用被稱為“光觸媒”的物質(zhì)，它能在經(jīng)過光的照射之后，產(chǎn)生特定的化學(xué)反應(yīng)，生成新的化合物。而這里的光觸媒，在被太陽光照射之后，可以分解水，產(chǎn)生氫氣與氧氣；再透過“分離膜”，單獨把氫氣分離出來；最后取出的氫氣，和工廠排出的二氧化碳，經(jīng)過“合成觸媒”產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，制造出烯烴。

因此，要實現(xiàn)人工光合作用，就要在“光觸媒”“分離膜”“合成觸媒”三個領(lǐng)域研究開發(fā)。為此，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省自2012年開始投入資源，支持相關(guān)產(chǎn)學(xué)研究。其中要點在于，如何提高太陽能轉(zhuǎn)換效率，讓人工光合作用的工序做到低成本高效率，成為足以大量生產(chǎn)的技術(shù)。

那么轉(zhuǎn)換效率要到多少，才有大量生產(chǎn)的可行性呢？一般植物的“太陽能轉(zhuǎn)換效率”約在0.2%～0.3%，而要實現(xiàn)人工光合作用，得遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個程度。2016年，日本做到植物的10倍，也就是3%（生產(chǎn)氫）的轉(zhuǎn)換效率，2017年又進(jìn)步到3.7%；2021年豐田創(chuàng)造了7.2%的新記錄。而這一技術(shù)的最終目標(biāo)則為10%；十年時間，人工光合作用研發(fā)逐步邁向目標(biāo)，創(chuàng)造更好的能源未來。