日本科學家重大突破：利用陽光與水製氫燃料，雖未完善但前景可期

日本科學家展示了一種嶄新的方法，能在不排放溫室氣體的情況下製造氫燃料。然而，要使其具備商業可行性，仍有提升效率的關鍵步驟有待完成。

日本科學家已展示了一座概念驗證反應器，它能從陽光和水中獲取可再生氫燃料。這座面積達1076平方英尺（100平方米）的新型反應器，運用光催化片將水分子中的氧原子和氫原子分離，從而將氫提取出來用作燃料。

儘管該技術仍處於起步階段，但此項研究背後的科學家表示，若能研發出更高效的光催化劑，他們的這項突破將有望實現廉價、可持續氫燃料的生產，以滿足各種能源需求。他們於12月2日在《科學前沿》期刊上發表了研究成果。

日本信州大學化學教授、論文資深作者門真成在一份宣告中指出：「利用光催化劑的陽光碟機動水分解，是太陽能轉化和儲存為化學能的理想技術，近期光催化材料和系統的發展為其實現帶來了希望。然而，仍有諸多挑戰存在。」

光催化劑在受到光照時，會促進化學反應，將水分子分解成其組成部分。然而，大多現有的「一步式」催化劑，即一次性將水分解成氫和氧的催化劑，效率極低，導致大多數氫燃料仍需使用化石燃料天然氣進行提煉。

為尋求解決這一困境的方法，新研究的研究人員探究了一種採用更複雜兩步流程的光催化劑，第一步分離出氧，第二步提取氫。

為此流程研發出光催化劑後，科學家得以建造出原型反應器。該反應器執行長達三年，且在使用自然光時的效果，比在實驗室中使用紫外線時更佳。

信州大學研究員、論文第一作者久富孝史在宣告中表示：「在我們的系統中，使用紫外線反應型光催化劑時，在自然光下太陽能轉換效率比在模擬標準陽光下高出約1.5倍。模擬標準陽光採用的是來自稍高緯度地區的光譜。在自然光短波長成分比模擬參考陽光更多的地區，太陽能轉換效率可能更高。」

儘管取得了這些令人振奮的成果，但目前該反應的效率仍舊太低，尚無法投入商業使用。久富孝史稱：「目前，在模擬標準陽光下的效率最高僅為1%，在自然光下也無法達到5%的效率。」

為了在提升效率方面取得重大進展，科學家呼籲其他研究者研發出更好的光催化劑和更大的反應器。安全方面的工作也至關重要：氫燃料提煉過程中還會產生具有爆炸性的副產物氫氧混合氣，而在這一兩步流程中可以安全地處理該副產物。

門真成表示：「要發展的最重要方面，是光催化劑將太陽能轉化為化學能的效率。若能提升至實用水平，許多研究人員將會認真投入到大規模生產技術、氣體分離工藝以及大型工廠建設的研發中。這也將改變包括政策制定者在內的許多人對太陽能轉化的看法，加速與太陽能燃料相關的基礎設施、法律和法規的發展。」