松下開發(fā)出了利用太陽光、水及二氧化碳（CO2）合成甲烷（CH4）的人工光合系統(tǒng)（圖1）。
松下和豐田中央研究所此前均利用人工光合系統(tǒng)成功合成過蟻酸（HCOOH）注1）。但蟻酸僅限于防腐劑等用途。
如果可以合成甲烷，用途會一舉擴展。這是因為，除了作為燃氣燃料直接使用之外，還可通過重整制成氫，用于燃料電池。針對一直受限于化石燃料及生物質(zhì)的甲烷供應(yīng)源，松下開辟出了一條可利用無窮無盡的原料進行工業(yè)合成的道路。
該人工光合系統(tǒng)沒有采用完全模仿植物光合作用的方法，只是利用了無機材料。不過，采用了水氧化“明反應(yīng)”和還原二氧化碳“暗反應(yīng)”這兩個過程，這點與植物的光合作用相同。
圖1：利用與燃料電池相反的過程合成甲烷
公開了松下可合成甲烷的人工光合系統(tǒng)的概要。與植物的光合作用一樣，松下將其劃分成利用光分解水的過程和利用二氧化碳合成有機物的過程。整個過程與燃料電池的原理完全相反，燃料電池是從甲烷中提取氫，在與氧進行合成時生成電力。
松下在開發(fā)出成功合成蟻酸的光合系統(tǒng)以后，開始在明反應(yīng)中采用氮化鎵（GaN）類光學(xué)催化劑。據(jù)介紹，氮化鎵適合將電子的能量提高到二氧化碳的還原等級。“以前采用氧化鈦（TiO2）等，但用于還原二氧化碳還不夠有力”（松下R＆D本部尖端技術(shù)研究所環(huán)保材料研究小組主管研究員四橋聰史）。
另一方面，暗反應(yīng)所用金屬催化劑，此次采用了銅（Cu）類材料。與合成蟻酸時的光合系統(tǒng)的最大不同之處也就在于這種金屬催化劑。合成蟻酸時采用的是磷化銦（InP）類材料。“通過更改暗反應(yīng)的金屬催化劑，不僅能夠合成蟻酸、甲烷和生成氫，還能夠合成酒精”（松下的四橋）。
目前存在的課題是甲烷的合成效率仍然很低。截至目前，以蟻酸的燃料能量相對于投入光能的比率來定義的合成效率為2％，而甲烷卻只有0.04％。松下表示，“要想實用，合成效率需要提高到1％以上。我們力爭實現(xiàn)這一目標”。
電池網(wǎng)微信
