堂免一成钻研制造氢气
制造氢气很困难,最理想的方案是光解水。但实际上,科学家们从来没有放弃过光解水造氢气的技术方案。所谓光解水,是利用无处不在的阳光作为能源,再以水作为原料,在一些催化剂的作用下,让水变成氢气和氧气。这些氢气被收集以后,就可以作为燃料了。
扑在这个领域上的团队非常多,其中有一位日本的科学家,东京大学的堂免一成(Kazunari Domen)教授,几乎花了一生的时间,都在钻研这个领域。他27岁在这个领域一战成名,但随后的四十一年时间里,虽然做出了很多科研成果,但在氢燃料电池的产业化上,外人却看不到什么希望。
直到2021年,他终于联合一众团队,在实验室里拿下了激动人心的成果。他们研制出一种规模达到100平方米的光解水设备,成果发表在《自然》杂志上。
虽然这项成果还不能应用在工业领域,但已经被顶级期刊收录,意味着这种工程方案已经具备了可行性。
光解水制氢
不过你肯定会觉得奇怪,光解水制氢,耗电不说,效率还特别低。为什么非要去死磕光解水技术呢?
对日本来说,他们的技术,主要是推广用在其他国家和地区。毕竟,移动式能源对所有国家而言都有需求,特别是交通工具。这也就反向要求日本提供的技术方案,必须多国通用。
再者,日本是一个岛国,特殊场景就更为普遍了。所以,他们也必须要找到一种能够就地产生氢气的方案。而光解水方案,只要有阳光和水就能源源不断地供应氢气。这对日本来说,再好不过了。
如果光解水能成功,并实现规模化,到时也是光解水制氢方案更加经济实惠。毕竟经济效应是此消彼长,不是一成不变的嘛。
实际上,对于中日这样的科技大国而言,大家都不会把技术方案放在同一个篮子里,而是会选择多路线发展,在不同时期,有着各自不同的侧重。
我们国家现阶段选择废气提取氢气技术,非常务实。而对日本来说,发展光解水生产氢气的技术,也成了他们更优先的一种方式。
屡败屡战
虽然说,日本国内发展光解水制氢技术,势在必得。但真要做起来,这事儿没那么简单。
甚至,在堂免一成教授准备做光解水设备的时候,大家都觉得,这简直跟愚公移山差不多难度。当然,愚公移山故事里的智叟,是个反面角色,没有什么真见识。但是围观堂免一成教授的科学界同行,可不是智叟啊。他们一开始不看好堂免一成教授的光解水设备,是有历史原因的。
这是一个有点悲壮,又有点振奋人心的故事。
堂免一成教授,可不是什么一般人物。他早在1980年,27岁的时候,就有相当拿得出手的科研成果。他研发出来一种很高效的能把水分解成氢气跟氧气的催化剂,叫光催化剂钛酸锶,钛是钛合金的“钛”,锶也是一种金属元素,和钙的性质有些相近。只不过,这种催化剂,不适用于可见光,只能在紫外光下起作用。
接下来,他雄心勃勃,准备改进催化剂,好让它能在可见光下起作用。毕竟太阳光里大部分都是可见光和红外光,绝大部分紫外光早就在臭氧层被拦截掉了,没那么好获取。
想象一下,一个年轻的小伙子,刚刚开始做研究,起步没多久,就做出这么优异的成果。那会儿的他,充满信心地准备攻克下一个目标,得是多么意气风发啊。
但是,谁曾想,四十一年过去了,堂免一成已经从小伙子熬成老汉了,他的这项工作还没能成功。
不只是他,所有在这个领域工作的科学家,在这四十一年工作里,都没能拿下成果,在外人看来,好似碌碌无为。
好在,他们并不是真的碌碌无为。虽然四十一年里,他们没有拿到一鸣惊人的成绩,但他们在原理层面,往前推进了一大步。
以堂免一成教授为例。他在2020年,改进了他的得意之作钛酸锶,几乎将光的能量100%地用于水的分解,只不过遗憾的是,这里的光还是紫外光,不是可见光。他很清楚,这个产品不可能用于实际的工业化,但还是很仔细地通过计算和模拟,绘制出这种催化剂能够这么高效转化能量的机理。
《自然》杂志报道了他的这项工作,这可以看作是对成果的认可。
不仅如此,在过去很长一段时间的科研过程中,他也一直很重视工程化设计,并设想了很多方案,好为日后的工业化做准备。
当然,所有这些工作,不是堂免一成教授一个人,而是一群人。全日本的氢能源专家都在做着这样的事。
尽管他们已经为工业化做好了一切准备,可就是破解不了最核心的催化剂问题。就这样,在缺少核心催化剂的条件下,堂免一成教授仍然联合了多个团队,包括日本明治大学、信州大学以及日本产业技术综合研究所等多家科研单位的团队,研制出一种规模达到100平方米的光解水设备。这既是对过去成果的实际演练,也是为了能够将光解水制氢工作延续下去。
在设备安装好以后,研究人员让它连续运转了几个月,并对它的安全性与耐久性都做了评估,最终结果都达到了预期。
目前来看,这台光解水设备,由于缺少核心的可见光催化剂,最终转化效率只有0.76%。也就是说,阳光里如果蕴含100度的能量,经过催化剂转化以后,能够用来把水分解出氢气的只有0.76度。要做到商用,这个数据至少得提升至30%。实际上,商用是一件挺远的事情,毕竟这个效率,甚至远远不及把太阳光发电以后再电解水。
但尽管如此,研究人员还是兴奋不已。刨除掉转化率问题,整台设备的运转都非常顺利。
只要他验证了这条路是通畅的,那以后还可以再想办法去造车,增加运量。
实际上,在世界科技史上,这样的案例还有不少。
比如1946年出现的第一台计算机,它也缺少芯片的核心技术。那台计算机使用电子管作为核心元器件,体积庞大,算力却不敢恭维。尽管占地170平方米,但是就算造出1亿台这样的计算机,也不如我们现在手中的一台智能手机。
但最终结果我们都知道,随着晶体管取代了电子管,计算机的体积就逐渐缩小,性能却逐渐提高,这才有了我们现在的手机。
但是,如果要说哪台机器影响了计算机领域的发展,那么毫无疑问,最先要说的就是1946年的那个大家伙,虽然它很不好用。
原因无他,就在于第一台计算机,验证了电子计算这条路的可行性。在这之后,只要有人能够像画龙点睛一样,把这条路上遗留的问题解决,那么整个产业就会产生巨大的动能,超出我们的预期。
我们不可能把鸡蛋放在同一个篮子里。对我们来说,光解水制氢,也是一个值得需要攻坚的大目标。 https://t.cn/R2WxuoH
制造氢气很困难,最理想的方案是光解水。但实际上,科学家们从来没有放弃过光解水造氢气的技术方案。所谓光解水,是利用无处不在的阳光作为能源,再以水作为原料,在一些催化剂的作用下,让水变成氢气和氧气。这些氢气被收集以后,就可以作为燃料了。
扑在这个领域上的团队非常多,其中有一位日本的科学家,东京大学的堂免一成(Kazunari Domen)教授,几乎花了一生的时间,都在钻研这个领域。他27岁在这个领域一战成名,但随后的四十一年时间里,虽然做出了很多科研成果,但在氢燃料电池的产业化上,外人却看不到什么希望。
直到2021年,他终于联合一众团队,在实验室里拿下了激动人心的成果。他们研制出一种规模达到100平方米的光解水设备,成果发表在《自然》杂志上。
虽然这项成果还不能应用在工业领域,但已经被顶级期刊收录,意味着这种工程方案已经具备了可行性。
光解水制氢
不过你肯定会觉得奇怪,光解水制氢,耗电不说,效率还特别低。为什么非要去死磕光解水技术呢?
对日本来说,他们的技术,主要是推广用在其他国家和地区。毕竟,移动式能源对所有国家而言都有需求,特别是交通工具。这也就反向要求日本提供的技术方案,必须多国通用。
再者,日本是一个岛国,特殊场景就更为普遍了。所以,他们也必须要找到一种能够就地产生氢气的方案。而光解水方案,只要有阳光和水就能源源不断地供应氢气。这对日本来说,再好不过了。
如果光解水能成功,并实现规模化,到时也是光解水制氢方案更加经济实惠。毕竟经济效应是此消彼长,不是一成不变的嘛。
实际上,对于中日这样的科技大国而言,大家都不会把技术方案放在同一个篮子里,而是会选择多路线发展,在不同时期,有着各自不同的侧重。
我们国家现阶段选择废气提取氢气技术,非常务实。而对日本来说,发展光解水生产氢气的技术,也成了他们更优先的一种方式。
屡败屡战
虽然说,日本国内发展光解水制氢技术,势在必得。但真要做起来,这事儿没那么简单。
甚至,在堂免一成教授准备做光解水设备的时候,大家都觉得,这简直跟愚公移山差不多难度。当然,愚公移山故事里的智叟,是个反面角色,没有什么真见识。但是围观堂免一成教授的科学界同行,可不是智叟啊。他们一开始不看好堂免一成教授的光解水设备,是有历史原因的。
这是一个有点悲壮,又有点振奋人心的故事。
堂免一成教授,可不是什么一般人物。他早在1980年,27岁的时候,就有相当拿得出手的科研成果。他研发出来一种很高效的能把水分解成氢气跟氧气的催化剂,叫光催化剂钛酸锶,钛是钛合金的“钛”,锶也是一种金属元素,和钙的性质有些相近。只不过,这种催化剂,不适用于可见光,只能在紫外光下起作用。
接下来,他雄心勃勃,准备改进催化剂,好让它能在可见光下起作用。毕竟太阳光里大部分都是可见光和红外光,绝大部分紫外光早就在臭氧层被拦截掉了,没那么好获取。
想象一下,一个年轻的小伙子,刚刚开始做研究,起步没多久,就做出这么优异的成果。那会儿的他,充满信心地准备攻克下一个目标,得是多么意气风发啊。
但是,谁曾想,四十一年过去了,堂免一成已经从小伙子熬成老汉了,他的这项工作还没能成功。
不只是他,所有在这个领域工作的科学家,在这四十一年工作里,都没能拿下成果,在外人看来,好似碌碌无为。
好在,他们并不是真的碌碌无为。虽然四十一年里,他们没有拿到一鸣惊人的成绩,但他们在原理层面,往前推进了一大步。
以堂免一成教授为例。他在2020年,改进了他的得意之作钛酸锶,几乎将光的能量100%地用于水的分解,只不过遗憾的是,这里的光还是紫外光,不是可见光。他很清楚,这个产品不可能用于实际的工业化,但还是很仔细地通过计算和模拟,绘制出这种催化剂能够这么高效转化能量的机理。
《自然》杂志报道了他的这项工作,这可以看作是对成果的认可。
不仅如此,在过去很长一段时间的科研过程中,他也一直很重视工程化设计,并设想了很多方案,好为日后的工业化做准备。
当然,所有这些工作,不是堂免一成教授一个人,而是一群人。全日本的氢能源专家都在做着这样的事。
尽管他们已经为工业化做好了一切准备,可就是破解不了最核心的催化剂问题。就这样,在缺少核心催化剂的条件下,堂免一成教授仍然联合了多个团队,包括日本明治大学、信州大学以及日本产业技术综合研究所等多家科研单位的团队,研制出一种规模达到100平方米的光解水设备。这既是对过去成果的实际演练,也是为了能够将光解水制氢工作延续下去。
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目前来看,这台光解水设备,由于缺少核心的可见光催化剂,最终转化效率只有0.76%。也就是说,阳光里如果蕴含100度的能量,经过催化剂转化以后,能够用来把水分解出氢气的只有0.76度。要做到商用,这个数据至少得提升至30%。实际上,商用是一件挺远的事情,毕竟这个效率,甚至远远不及把太阳光发电以后再电解水。
但尽管如此,研究人员还是兴奋不已。刨除掉转化率问题,整台设备的运转都非常顺利。
只要他验证了这条路是通畅的,那以后还可以再想办法去造车,增加运量。
实际上,在世界科技史上,这样的案例还有不少。
比如1946年出现的第一台计算机,它也缺少芯片的核心技术。那台计算机使用电子管作为核心元器件,体积庞大,算力却不敢恭维。尽管占地170平方米,但是就算造出1亿台这样的计算机,也不如我们现在手中的一台智能手机。
但最终结果我们都知道,随着晶体管取代了电子管,计算机的体积就逐渐缩小,性能却逐渐提高,这才有了我们现在的手机。
但是,如果要说哪台机器影响了计算机领域的发展,那么毫无疑问,最先要说的就是1946年的那个大家伙,虽然它很不好用。
原因无他,就在于第一台计算机,验证了电子计算这条路的可行性。在这之后,只要有人能够像画龙点睛一样,把这条路上遗留的问题解决,那么整个产业就会产生巨大的动能,超出我们的预期。
我们不可能把鸡蛋放在同一个篮子里。对我们来说,光解水制氢,也是一个值得需要攻坚的大目标。 https://t.cn/R2WxuoH
#海南交通安全#【注意!澄迈新增5处电子警察抓拍设备 1月5日起投入使用】为进一步强化澄迈县道路交通秩序的管理,预防和减少道路交通事故的发生,澄迈县公安局交通管理大队结合澄迈县辖区道路实际情况,在5处路段新增设固定式或移动式电子警察设备,目前已建设完毕并完成相关审批手续,决定于2022年1月5日起正式投入使用。1、点位:南二环路园丁园小区门口;2、点位:盈宾路迎滨海岸门口(金手指);3、点位:金江镇司法路交警大队门口;4、点位:225国道与青龙路交叉口;5、点位:老城镇睿丰路与博院路交叉口。以上点位执法抓拍类型为禁止鸣笛或禁止机动车违停。(椰网)
【注意!澄迈新增5处电子警察抓拍设备 1月5日起投入使用】为进一步强化澄迈县道路交通秩序的管理,预防和减少道路交通事故的发生,澄迈县公安局交通管理大队结合澄迈县辖区道路实际情况,在5处路段新增设固定式或移动式电子警察设备,目前已建设完毕并完成相关审批手续,决定于2022年1月5日起正式投入使用。1、点位:南二环路园丁园小区门口;2、点位:盈宾路迎滨海岸门口(金手指);3、点位:金江镇司法路交警大队门口;4、点位:225国道与青龙路交叉口;5、点位:老城镇睿丰路与博院路交叉口。以上点位执法抓拍类型为禁止鸣笛或禁止机动车违停。via.椰网
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