“人工树叶”：利用太阳能的好帮手

“人工树叶”：利用太阳能的好帮手
作者：赵华
来源：《石油知识》 2013年第5期
在许多科学家的眼中，树叶是利用太阳能的“高手”。

如果能人工造出“树叶”，能源问
题或许就能得到根本性解决。

科学家们已研制出一种扑克牌大小的人造树叶，它可以模拟光合
作用，将阳光和水转化为能量，从而将你家变成一个小小的发电站，也许贫困家庭也能很快能
用上“人工树叶”发的电了。

几十年来，研制“人工树叶”一直是科学家们神圣的终极奋斗目
标之一。

十多年前，美国国家可再生能源实验室的约翰·特纳，发明了第一片“人工树叶”。

不过，该装置由贵重的金属材料制成，且性能非常不稳定，因此未得到广泛应用。

自“人造树叶”概念提出以来，科学家一直对其寄予厚望，希望它最终能带来一种廉价的
自控制系统，为发展中国家的数十亿人口提供电力。

2011年８月，这项研究终于有了新进展。

美国科学家丹尼尔·诺切拉在第241届美国化学
学会的年会上宣布了其研究小组的最新进展——一种廉价高效的“人工树叶”。

他在报告中说：“将一加仑水和人造树叶放置在阳光下，可以提供发展中国家一个家庭一天的基本用电。

”
这种人工树叶原型，可以持续进行光合作用达45小时。

该装置形状像扑克牌，但比扑克牌要薄。

你只需要将它放入水中，置于阳光下，它便可以将水分解为氢气和氧气，并将这两种气
体存储在燃料电池中，以此发电。

一加仑的水（约合3.78升）生成的电量足够满足一间房子整天的电力需求。

诺切拉说：不久的将来，印度和非洲的贫困村庄都将买得起应用这种技术的电
力装置。

这个发明引起了科学界乃至世界各国主流媒体的关注。

它被认为是人类寻找替代能源的征
程中一个里程碑式的发明，甚至有人认为这片小小的“树叶”可能将彻底解决未来的能源和与
之相关的环境问题。

“人工树叶”通过一种化学催化材料，利用镍和钴，在阳光照耀下进行“半光合作用”，
将水高效地分解为氧气、质子、电子；产生的质子与电子可以结合，生成氢气，提供一种清洁
的能源。

比起硅光电池板，这种“人工树叶”显然更便宜。

更重要的一点在于：它不“挑食”，所以完全可以把各种废水喂给它用来发电。

钴和磷酸盐是强大的而且廉价的新催化剂，能在简
单的条件下有效地将水分解成氧气和氢气。

诺切拉发明的人工树叶进行光合作用的效率大约是
自然树叶的10倍。

可以乐观地认为，将来人工树叶的光合效率将更高。

现在的光合作用是以天然的方式进行并为自然界供能的。

未来，光合作用可能也将通过人工树叶的形式造福人类。

该项发明的核心在于发现了高效廉价的电解水的电极催化材料，从而让规模化应用成为可能。

“人工树叶”可以高效储能，并有其他方式无法比拟的优势。

白天，将太阳能电池产生的
电力通过电解水转化为氢气和氧气，作为化学能储存起来；晚上或阴雨天，又可以随时通过燃
料电池将储存的化学能转化为电能。

中国科学家也在进行这项研究。

2010年，上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室的科学家们将“人造叶子”的技术
发布在当年的美国科学学会上。

这个团队用中国特有的植物——打碗碗花做实验，先找到自然
叶子收获阳光的结构，再研制一种在功能上替代这种结构的化学物，为这片叶子贴上了“中国
制造”的标签。

遗憾的是，这些成果都没有进入实用领域，不是因为造价太昂贵，就是因为不
稳定易锈蚀。

诺切拉最新发布的这片叶子部分地解决了这一问题。

据报道，诺切拉所在的实验室已经与印度的塔塔集团达成了合作协议。

“到2011年年底，将可能在印度拥有基地。

”诺切拉并不打算透露合作细节，但有媒体报道，塔塔集团投资1500万美元来支持这项研究。

“我们的目标是让每一个家庭拥有自己的发电站。

”诺切拉说，“可以设想，在不久的将来，那些印度和非洲的村庄将有能力购买基于这种技术的基础发电系统。

”
人们在为这一发明兴奋的同时，还应该清醒地意识到，所谓的“人工树叶”其实还存在着较大的局限性。

首先，“人工树叶”并未真正实现自然界早已运行上亿年的树叶的全部功能，它仅仅模仿了树叶中光合系统II中的局部功能。

其次，它的运行也要依赖太阳能电池和燃料电池来完成。

再次，它还需要新型的廉价的压缩气体系统以储存所产生的氢气和氧气，然后用于发电。

因此，要把这一发明真正规模化应用还有很长的路要走。

即便如此，人们仍然可以看到这一发明在未来发展的广阔前景。

正如前面所讲，这一发明的核心在于将电能高效地以氢能的形式储存起来。

因此，其电力的来源也将不会仅局限于太阳能电池，也可以是风能、地热能、核能，甚至化石燃料的化学能等。

比如说，很多人参观风力发电厂时会奇怪为什么有些风机并不运转，这并不是因为我们有太多的电力了，而是因为电网无法承受这些多出来的电力。

据报道，由于无处储存，仅在美国，去年一年就损失了25TWh的风机潜在电力。

而这一发明无疑将为解决这个问题提供新的途径。

科学家乐观地认为，将来人工树叶的光合效率将更高。

现在光合作用是以天然的方式进行并为自然界供能的。

未来，光合作用可能也将通过人工树叶的形式造福人类。

更加廉价、更具实用性也是人造树叶未来的发展方向。

如果制造人造树叶的成本低廉到可以进行商业开发，那么它们将会被大量制造。

那时，一些偏远地区的人也可以购买一套这样的设备，用上便宜、清洁的电能，实现电力的自给自足。

“人造树叶”还有很大的发展空间。

也许在不远的将来，“人造树叶”也能兼具光合系统Ⅰ的功能：通过合适的化学反应，让“人造树叶”吸收二氧化碳生成有机物。

在地球已不堪重负的今天，将废弃有害的二氧化碳通过这种类似于光合作用的方式转化成对人类有用的有机物（如糖、醇类等），将是多么伟大的发明。

如何识别车用机油的“识别码”
润滑油的黏度多使用SAE（美国汽车工程师学会）等级别标识，例如SAE5w-40或SAE15w-40，“W”表示winter（冬季），其前面的数字越小说明机油的黏度越稀，流动性越好，在冷启动时对发动机的保护能力越好；“W”后面的数字则是机油耐高温性的指标，数值越大说明机油在高温下的保护性能越好。

较高黏度的机油对运动系的阻力也相对较高，不但耗费功率、增加油耗，而且机油容易氧化、影响冷启动的保护。

API等级代表发动机机油质量的分类。

它采用简单的代码来描述发动机机油的工作能力。

从“SA”一直到“SL”，字母越靠后，质量等级越高。

每递增一个字母，机油的性能都会优于前一种，机油中会有更多用来保护发动机的添加剂。