剑桥大学研究团队开发出可同时产出净水和清洁燃料的太阳能装置
“这些正是我们发展真正的循环经济和可持续未来所需要的解决方案” ——Erwin Reisner
研究人员开发出了一种浮动于水面的太阳能装置，可以将世界上任何地方受污染的水或海水转化为清洁的氢燃料和净化水。
该装置由剑桥大学研究人员开发，可以在资源有限或离网的环境中使用，因为它适用于所有开放水源，而且不需要任何外部电源。
该装置的灵感来源于光合作用，即植物将太阳光转化为有机物的过程。然而，不同于早期各版本的“人造叶子”，它并非利用清洁水源生成绿色氢能源，而是在受污染水体或海水中运作，在生成绿色氢能源的同时产出干净的饮用水。
测试表明，该装置能够从高度污染的水体、海水，甚至剑桥市中心的康河中产出清洁水。这些研究结果已发表于《自然·水》（Nature Water）杂志。
剑桥大学尤瑟夫哈米德化学系（Yusuf Hamied Department of Chemistry）Chanon Pornrungroj博士表示：“在一台装置中同时研发太阳能燃料生产和水净化是非常困难的。以日照让水分子分解为氢气和氧气往往需要在完全纯净的水中才能进行，因为任何污染物都可能污染催化剂或引起不必要的化学副反应。” 他本人同时也是该论文主要共同作者。
同为主要共同作者的Arifin Mohamad Annuar表示：“在偏远或发展中地区，由于洁净水相对稀缺且净水所需的基础设施也比较短缺，水分解是极度棘手的。但如果一台装置可以在受污染的水中使用，它可以同时解决两个问题：一方面该装置可以分解水分子以制造清洁燃料，另一方面可以产出干净的饮用水。”
Pornrungroj和Mohamad Annuar都是Erwin Reisner教授研究小组的成员，他们想出一个可以做到这一点的设计。
他们将光催化剂沉积在具有良好吸光性和吸热性的纳米结构碳网上，由此产生的水蒸气被光催化剂用于生成氢气。经过防水处理的多孔碳网既有助于使光催化剂浮在水面上，又能使其远离水面以下的水体，由此来防止污染物干扰其功能。
此外，这款新装置使用太阳能的效率更高。Mohamad Annuar表示：“光驱动的太阳能燃料制造过程仅使用了太阳光谱的一小部分，还有很多区域的光谱未被利用。”
研究团队在浮动装置的顶部使用了一层白色的紫外线吸收层来为水分解产生氢气提供光照。太阳能光谱中未被利用的剩余光会被传输到设备底部，使水蒸发。
研究团队在浮动装置的顶部使用了一层白色的紫外线吸收层来为水分解产生氢气提供光照。太阳能光谱中未被利用的剩余光会被传输到设备底部，使水蒸发。
Pornrungroj表示：“这样，我们就更好地利用了光线，用蒸汽生产氢气，剩余的是水蒸气。我们就彻底实现了模仿真实的叶子，因为我们现在已经成功地加入了蒸腾作用的过程。”
这种仅利用太阳能就能同时生产清洁燃料和清洁水的装置可能有助于解决世界上许多地区面临的能源和水资源危机。例如，根据世界卫生组织的数据，使用“脏”燃料（如煤油）进行烹饪引起的室内空气污染每年造成300多万人死亡。使用绿色氢能源进行烹饪能够大幅度降低该死亡人数。全球仍有18亿人口家中缺乏安全的饮用水。
Mohamad Annuar 表示：“这个设计起来也很简单：只需要几步，我们就可以制造出能在各种水体表面工作的装置，”
Pornrungroj认为：“我们的装置对污染物耐受程度高，并且浮动于水面的设计使得催化剂基底能够在非常浑浊泥泞的水体中正常工作，它的适用性相当广泛。”
领导该项研究的Reisner教授表示:“虽然我们的装置目前只在理论上被证实是可行的，但这种装置的开发正是我们发展真正的循环经济和可持续未来所需要的解决方案。气候危机和与健康及污染相关的问题是高度关联的，如果能找到一种可同时解决这两方面问题的方案将为许多人带来颠覆性变革。”
这项研究得到了多方支持，包括欧盟委员会“地平线2020”计划、欧洲研究委员会、剑桥基金会、Petronas教育赞助项目以及Winton可持续物理学项目。Erwin Reisner教授为圣约翰学院（St John’s College）院士。Chanon Pornrungroj 来自达尔文学院（Darwin College）， Ariffin Mohamad Annuar 来自克莱尔学院（Clare College）。
