科学家们常常经年累月工作而又毫无所获,但偶尔也能无意间取得远超预期的成果。近日,位于美国田纳西州(Tennessee)的橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory,ORNL)宣布,他们的研究团队在无意间发现了一件令人难以置信的事:单独使用一种催化剂(Catalyst),就能把温室气体二氧化碳直接转化成可再生的清洁能源乙醇(Ethanol)。如果这一发现能走出实验室,或将有助改进人类利用能源的方式,缓解全球变暖趋势。
研究团队表示,他们原本预计要经过多个步骤,组合使用不同的催化剂才能令两者间发生转化。但研究却顺利得超乎预料。
我们发现这种催化剂的过程有些偶然,当时我们试图研究催化反应的第一步,后来我们意识到这种催化剂已经搞定了整个过程。
研究团队使用了纳米技术(Nanotechnology)来加工硅基催化剂。他们首先在硅的表面铺设纳米级的铜陈列与碳尖峰,再把氮原子安置在所有碳尖峰的顶端,使硅基产生高低不平的表面纹理;然后将处理过的硅基暴露于二氧化碳与少量的电荷之中,即可将二氧化碳气体转化成液态乙醇。该催化过程引发了复杂的链式化学反应,但本质上就是将燃烧的过程反转过来。整个转换过程可以在常温下进行,更重要的是该催化几乎没有任何副反应,产生的乙醇相当纯正。
除了能转化二氧化碳外,这种技术的另一惊喜是或可用于储存电能。因为在转化过程中,需要用电力补充其中的化学能差,而产生的乙醇——俗称酒精,是一种相对安全、又容易保存的常见燃料。
在这一方法下,日后我们或可将电厂的多余电能储存成乙醇,等到需要时再将其用作燃料电池转化回来;或者将乙醇运输到缺电地区,作为补充和替代性电能。由于在用乙醇发电过程中,所产生的二氧化碳既是之前转化用的二氧化碳,也就是说这种方法不会产生新的温室气体。
ORNL 是美国能源部(Department of Energy,DOE)所属的大型国家实验室,成立于第二次世界大战期间的1943年,最初是美国政府研发与制造原子弹的曼哈顿计划(Manhattan Project)的一部分,目前则在美国能源部科学实验室办公室(Office of Science Laboratories)的支持下,为其研究人员提供最先进的大型工具,致力于推动能源科学的革命性突破。
纵观人类科技史,意外发现导致重大突破的传奇故事比比皆是——放射性、青霉素和微波炉都是如此,或许这一发现也有希望。