大部分科學(xué)家將可再生能源的來源鎖定在太陽能身上，太陽能可謂是其它可再生能源如風(fēng)能，生物能的根本源頭。不過太陽能技術(shù)也有自己需要克服的難點(diǎn)，由于太陽能極易轉(zhuǎn)換為熱能和電能，但是將這兩種能源達(dá)到一定能量密度的儲(chǔ)存，并將其應(yīng)用于交通等應(yīng)用領(lǐng)域卻非常困難。正是由于這些缺點(diǎn)，人們不得不選擇其它效率較低的方法如生物電池或電等來產(chǎn)生氫。最近一期的《科學(xué)》雜志上，便發(fā)表了有關(guān)這個(gè)課題的一篇文章。

 
文章的作者展示了一種能夠吸收太陽能，并將其直接用于水的分解，得到氧氣和氫氣的設(shè)備，不僅如此，這種設(shè)備還可以對(duì)二氧化碳進(jìn)行分解，得到一氧化碳和氧氣。難能可貴的是，這種設(shè)備不需要使用昂貴的催化劑，而只需要使用鈰作為催化器，眾所周知，鈰在地球上的含量與銅接近，同時(shí)鈰催化劑還可以在成千數(shù)百次使用的條件下保持催化性能的穩(wěn)定。

這套設(shè)備的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，其大部分結(jié)構(gòu)起到的作用于聚焦鏡相似，它們將陽光直接通過透明的石英玻璃傳輸?shù)椒磻?yīng)腔中，而反應(yīng)腔則采用內(nèi)反射結(jié)構(gòu)，這樣便能保證對(duì)光子的吸收效率。“設(shè)備的尺寸能夠保證產(chǎn)生多次內(nèi)反射，能充分吸收太陽能，吸收比超過了0.94，幾乎快要達(dá)到理想的黑體吸收效率的極限。”

太陽能被吸收之后，光子被轉(zhuǎn)化為熱能，溫度在一分鐘之內(nèi)可由140攝氏度上升到1250攝氏度，并最終在1400-1600攝氏度的范圍內(nèi)穩(wěn)定下來，這樣的溫度等級(jí)足以讓需要分解的物質(zhì)在催化劑的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而催化劑則采用多孔二氧化鈰材料。

在這樣的高溫條件下，催化器中的二氧化鈰材料中會(huì)失去兩個(gè)氧原子中的一個(gè)，接下來再向多孔催化器里吹入惰性氣體，此時(shí)對(duì)設(shè)備的出口端進(jìn)行測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)有相當(dāng)數(shù)量的氧氣放出（量最多的一次使用325mg的二氧化鈰按照每小時(shí)34毫升的速度生成氧氣）.

接下來，當(dāng)設(shè)備生成的氧氣數(shù)量越來越少時(shí)，設(shè)備的溫度會(huì)下降到900攝氏度左右，然后再把需要分解的物質(zhì)重新吸入反應(yīng)腔中。如果用于分解的物質(zhì)是水蒸汽，那么二氧化鈰催化劑還可以將分解出的氧氣用于二氧化鈰的再生。這種方法可以有效而快速地從水蒸汽中分解出氫氣，而催化-分解的過程則通常少于10分鐘。另外也可以將二氧化碳作為待分解物質(zhì)來生成一氧化碳。

據(jù)文章的作者表示，經(jīng)過首輪數(shù)百次的運(yùn)行使用之后，這套設(shè)備的效能會(huì)開始變得起伏不定，作者發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致性能惡化的原因在于作為催化劑的鈰氧化物在經(jīng)歷多次熱循環(huán)之后的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了重組。如果能讓催化劑顆粒的尺寸保持在較大的水平，那么設(shè)備的穩(wěn)定性就可以在400個(gè)循環(huán)內(nèi)保持不變。

作者使用了一套復(fù)雜的方程式來計(jì)算設(shè)備的效率，這個(gè)方程式的輸入條件包含有太陽能的輸入量，惰性氣體的流量，以及為了輸出較純含量的氣體而需要耗費(fèi)的能量等等。計(jì)算的結(jié)果令人驚訝。“這種設(shè)備在分解二氧化碳時(shí)，其太陽能轉(zhuǎn)換燃料（solar-to-fuel energy conversion）的效率比目前的光化學(xué)催化法要高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)。而分解出氫的效率以重量計(jì)算可比其它太陽能熱制程的效率高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。”

當(dāng)然這套系統(tǒng)也存在其缺點(diǎn)。比如需要保證惰性氣體的穩(wěn)定供應(yīng)，同時(shí)對(duì)待分解物的水和二氧化碳的純度要求也比較高，以防止分解物生成的雜質(zhì)附著在多孔催化劑材料的表面，而純水的取得則通常需要耗費(fèi)較多的能量。另外，這套系統(tǒng)會(huì)生成大量廢熱，而這些廢熱本該加以充分利用（目前導(dǎo)致這套系統(tǒng)效率降低的主要因素便是熱損失）。

這套系統(tǒng)可用于生成一氧化碳和氫這兩種物質(zhì)的能力非常引人注目。文章的作者甚至還使用這套設(shè)備造出了甲醇，甲醇是一種可以大量?jī)?chǔ)存并運(yùn)送的物質(zhì)，同時(shí)還是燃料電池的重要原料之一。不僅如此，一氧化碳和氫混合在一起經(jīng)過處理后還可以生成更復(fù)雜的碳?xì)浠衔铩Ｗ詈螅谎趸己蜌溥€可以用于碳固定系統(tǒng)（農(nóng)業(yè)用途）。

這項(xiàng)研究介紹了一種經(jīng)過特別設(shè)計(jì)的硬件設(shè)備，這種設(shè)備易于大量制造，還可以用作工業(yè)用途，希望其研究成果能被盡早投入實(shí)用。