據物理學(xué)家組織網(wǎng)2月19日報道，美國科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一種直接以生物質(zhì)為原料的低溫燃料電池。這種燃料電池只需借助太陽(yáng)能或廢熱就能將稻草、鋸末、藻類(lèi)甚至有機肥料轉化為電能，能量密度比基于纖維素的微生物燃料電池高出近100倍。相關(guān)論文已發(fā)表在《自然》雜志子刊《自然通訊》上。
盡管以甲醇或氫驅動(dòng)的低溫燃料電池技術(shù)得到長(cháng)足發(fā)展，但由于聚合材料缺乏有效的催化系統，低溫燃料電池技術(shù)一直無(wú)法直接使用生物質(zhì)作為燃料。新研究中，美國佐治亞理工學(xué)院的研究人員開(kāi)發(fā)出的這種新型低溫燃料電池，能夠借助太陽(yáng)能或熱能激活一種催化劑，直接將多種生物質(zhì)轉化為電能。
這種技術(shù)，在室溫下就能對生物質(zhì)進(jìn)行處理，對原材料的要求極低，幾乎適用于所有生物質(zhì)，如淀粉、纖維素、木質(zhì)素，甚至柳枝稷、鋸末、藻類(lèi)以及禽類(lèi)加工的廢料都能被用來(lái)發(fā)電。如果缺乏上述原料，水溶性生物質(zhì)或懸浮在液體中的有機材料也沒(méi)有問(wèn)題。該設備既可以在偏遠地區以家庭為單位小規模使用，也可以在生物質(zhì)原料豐富的城市大規模使用。
生物質(zhì)燃料電池的研究面臨的難題是，具有碳—碳鏈的生物質(zhì)不易通過(guò)常規的催化劑，哪怕是昂貴的貴重金屬催化劑分解。為了解決這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家研制出微生物燃料電池，利用微生物和酶來(lái)分解生物質(zhì)。但這種方法的缺點(diǎn)是：微生物和酶只能選擇性地分解某些特定類(lèi)型的生物質(zhì)，對原料的純度要求較高。
負責此項研究的佐治亞理工學(xué)院化學(xué)與生物分子工程學(xué)教授鄧玉林（音譯）和他的團隊通過(guò)引入外界能量來(lái)源來(lái)激活燃料電池的氧化還原反應。在新系統中，生物質(zhì)原料被磨碎后與一種多金屬氧酸鹽（POM）催化物溶液相混合，之后被置于陽(yáng)光或熱輻射下。作為一種光化學(xué)和熱化學(xué)催化劑，POM既是氧化劑也是電荷載體。在光輻射或熱輻射下，POM會(huì )使生物質(zhì)發(fā)生氧化，將生物質(zhì)的電荷運送到燃料電池的陽(yáng)極，而電子則會(huì )被輸送到陰極，在陰極進(jìn)行氧化反應，通過(guò)外電路產(chǎn)生電流。鄧玉林表示，如果只是在室溫中將生物質(zhì)和催化劑混合，它們將不會(huì )發(fā)生反應。但一旦將其暴露在光或熱中，反應就會(huì )馬上開(kāi)始。
實(shí)驗顯示，這種燃料電池的運行時(shí)間長(cháng)達20小時(shí)，這表明POM催化劑能夠再利用而無(wú)需進(jìn)一步的處理。研究人員報告稱(chēng)，這種燃料電池的最大能量密度可達每平方厘米0.72毫瓦，比基于纖維素的微生物燃料電池高出近100倍，接近目前效能最高的微生物燃料電池。鄧玉林認為，在對處理過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化后應該還有5倍到10倍的提升空間，未來(lái)這種生物質(zhì)燃料電池的性能甚至有望媲美甲醇燃料電池。
鄧玉林說(shuō)：“新技術(shù)一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)就是，它能夠在一個(gè)單一的化學(xué)過(guò)程中完成生物降解和發(fā)電。太陽(yáng)能和生物質(zhì)能源是當今世界重要的兩種綠色能源，我們的系統將它們結合在一起產(chǎn)生電力，同時(shí)也減少了對化石燃料的依賴(lài)�！�
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