日本领跑人工光合作用,精英前往中国
2021/10/20
丰田中央研究所使用的设备为36厘米见方,将含有二氧化碳的水注入连接光伏电池的2个电极。使电极附近产生的氢离子与二氧化碳发生反应,形成甲酸。甲酸在常温下为液体,与氢气本身相比,更方便储存和运输。丰田中央研究所还启动了更大的1米见方装置的研究,表示希望到2030年前后掌握实用化所需的技术基础。
此外,日本住宅企业饭田集团控股和大阪市立大学合作,正在冲绳的宫古岛推进产生1套独户住宅所需全部电力的“人工光合作用房屋”的实证试验。
在房屋上,利用人工光合作用面板通过二氧化碳形成甲酸,并进行储存。以通过甲酸提取的氢作为燃料,供应电力和热水。制取氢气时会产生副产物二氧化碳,但能重新通过人工光合作用形成甲酸,制造氢气,形成循环。大阪市立大学教授天尾丰表示,“打算测试能否在不排放二氧化碳的情况下获得电力”。
海外也在推进相关举措。德国大型化工企业赢创工业(Evonik Industries)和西门子能源2020年在德国设置了大型实证测试设备。利用太阳能等生成的电力将二氧化碳和水分解成一氧化碳和氢气,再通过微生物的作用将其转化为塑料原料等。实证测试设备的年产量计划达到10吨。争取未来5年内设置商用设备。
中国、韩国、美国也加快了研究步伐。尤其是美国,美国能源部2020年宣布5年内将投资1亿美元开展人工光合作用研究,举全国之力支持开发竞争。
氢气在脱碳方面备受关注,目前大部分是从甲烷等天然气中分离出来的,制造过程中会排放大量的二氧化碳,因此被称为“灰氢”。另一方面,如果电解水的方法使用来源于可再生能源的电力,便可制造出不排放二氧化碳的“绿氢”,但是成本很高。如果使用来源于火力发电的电力,则仍然属于灰氢。
人工光合作用将来有望以低成本制造绿氢。如果能够解决提高能量转换效率和制造装置大型化的课题,就能在成本上对抗来源于天然气的氢气。日本政府提出了将来把每公斤氢气的采购成本降低到220日元(约合人民币12.6元)的目标,是目前的五分之一。
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