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【前沿】超级计算机助力太阳能燃料技术 人类将辞别化石燃料?
来源: 作者: 发布时间:2019-04-04 08:35 浏览量:

取得了比前人准确得多的“候选人”资料库后,下一步即是大量停止验证。负责制备尝试所需资料的是一套先进的系统。该系统的工作原理可以了解为一台“喷涂”原子的“喷漆机”,将必要测试的资料溅镀到平面上,造成一层薄层。经过热办理,差异颜色的资料便出如今科学家们眼前,以供进一步测试。

【前沿】超级计算机助力太阳能燃料技术 人类将辞行化石燃料?

科学家们一次测试大量资料的性能。图中,差异的资料反射差异颜色的光线,意味着它们与太阳光的作用不尽雷同。

科学家们首先测试了资料吸收光线的性能,之后,对可以高效吸收阳光的资料进一步测试其消费太阳能燃料的才华。他们借鉴制药公司的做法,设想了一台“高通量”光化学测试办法。

所谓的“高通量”尝试,指的是快捷对大量的资料停止测试。他们创造的办法可以以高于传统尝试方法100到1000倍的速度,测试资料在阳光的辐射下,将水分解成氢气和氧气的才华。最终,他们验证出12种光阳极资料,这简直让人类已知的光阳极资料数量翻倍。

并且,除了发现了这些新资料,钻研人员还透过实践计算和尝试验证,理解了其内部的电子构造,让他们大白为什么这些资料可以用于光催化反馈。

更重要的是,操作该钻研的成果,世界各地的科学家可以进一步对这些新资料停止测试,从而能够找出让其大规模工业应用消费太阳能燃料的技术计划。或者参照他们的“实践计算+尝试验证”的形式,进一步发现更多的资料,独特为人类的清洁将来努力。

除了上文所述的高能量密度,该钻研还可能实现太阳能燃料的此外两个重要的意义:

首先,比拟于电能来说,燃料的贮存要便捷得多。太阳能光伏发电可能是间隙的、不间断的,但只有先把光转化成燃料,就可以先贮存起来,在必要使用的时候拿来再用。因而,与太阳能光伏发电差异,太阳能燃料可以冲破昼夜更替、天气变革的魔咒。并且,一个处所消费的太阳能燃料,还可以运到另一个处所去使用。这意味着将太阳能的消费与使用在工夫和空间上都和产地解绑。

“燃料的重要之处在于——这也是为什么我们到如今还大量使用内燃机而不是电机的起因——燃料领有着高得多的能量密度。并且可以十分便捷地贮存以及运输——带着比电池多得多的能量一起走。”钻研团队指导之一的John Gregoire暗示。

另一个重要意义在于,含碳太阳能燃料的消费也必要空气中的二氧化碳。这意味着,太阳能燃料的消费过程将好像植物光竞争用一样,降低大气中的温室气体含量。假如人类焚烧的全副燃料都是太阳能燃料,便不再必要从地下开采碳元素。加上植物等作用,大气中的二氧化碳将可以在人类仍然使用燃料的状况下呈现下降。这对于处置惩罚惩罚气候变暖问题有着极其重要的意义。

太阳能燃料技术的开展还远未成熟,但劳伦斯和加州理工的科学家们为真正的清洁能源将来照亮了全新的途径。

【前沿】超级计算机助力太阳能燃料技术 人类将辞行化石燃料?

NERSC的超级计算机

附录参考:正本艰难重重的钻研

固然,可以很容易地就想象到,这个过程非常艰难。假如光分解水很轻松随便的话,海洋里的水早就被太阳分解成氢气和氧气了,哪还用得着先把太阳能转化成植被,再把植被埋在地下,再经过数十亿年的高温高压和地质运动,最终转化为石油和煤炭,供我们焚烧呢?

太阳能燃料的消费主要有两类:间接过程和非间接过程。间接过程不经任何能量模式转化,间接把光能变为燃料的化学能。而非间接过程则波及到先把光转化为其他能量,好比电能、生物质能等。

总的来讲,非间接太阳能燃料的消费会容易一些,因为它操作了一些已知的技术,好比先操作太阳能光伏电池消费电能,再操作电能分解水;或者先操作太阳能种植甘蔗等作物,再把作物中的糖分转化为乙醇燃料。

但是,其弊端也十分鲜亮。每一次能源模式的转化,便随同着一次能量的丧失。非间接太阳能燃料的消费最大的问题即是效率过低、流程复杂。

因而,假如太阳能燃预想要胜利,间接转化是必由之路。

【前沿】超级计算机助力太阳能燃料技术 人类将辞行化石燃料?

n-型半导体太阳能燃料间接转换原理示用意:阳光照耀到光阳极上,将水中的氧酿成氧气;而在阴极上,则将氢酿成氢气