阳光、二氧化碳、水,这些自然界中普通得不能再普通的物质经过一系列的化学反应,最终能变成柴油、汽油、大宗化工原料。听起来似乎难以置信,但在武汉大学化学与分子科学学院刘立建教授的实验室里却成为现实。
在武汉大学电气工程学院的顶楼,竖起了一个直径为三米的大透镜。刘立建教授介绍,这就是他的理论得以实现的最重要设备——菲涅耳透镜,其主要功能是聚集太阳光。“主要原理是聚集太阳能的热量达到一定的温度,然后通过太阳光的辐射加热使二氧化碳转变成一氧化碳,一氧化碳跟水反应可以产生氢气,氢气跟一氧化碳再经过费托反应就能产生柴油、汽油等燃油品。”
8年前开始研究
刘立建介绍,利用煤为原料生成氢气和一氧化碳,再通过一系列反应生成燃油,这在化学界已经被证明可行,这就是著名的费托合成。问题在于这种转化需要消耗煤资源,中间还会消耗掉大量的能源和能量,很得不偿失。于是,他想到了利用自然界中大量存在的二氧化碳提取一氧化碳,利用新的反应方法实现这种转化。
从2002年开始,他开始尝试利用微波加热的方法合成环境可降解的高分子材料,并由此想到了利用同样的方式加热自然界中普遍存在的二氧化碳,产生一氧化碳,并最终生成化工产品。“二氧化碳变回一氧化碳很困难,至少需要2300度以上的高温。”刘立建说,微波的辐射加热跟普通的传导加热不一样,在加热过程中热能损失相对要小得多。但尽管如此,产生微波同样需要消耗电能,能不能用一种更低碳的能源?他想到了同样属于辐射加热的太阳能。“如果能最终实现,将会是真正的‘零碳’。”
“聚光生油”投入生产有可能
“太阳能要产生高温,必须要通过聚光板的作用,所以我想到了利用菲涅耳透镜。”刘立建介绍,这种透镜外表看起来接近平板,但能够有效聚集太阳光的热能。他以新型路灯的太阳能电池板为例,武汉地区的日照强度能够达到每平方米130-210毫瓦,但经过聚焦以后,这种强度理论上能放大一万倍,达到100 万毫瓦。如果现在这些路灯的电池板每天能产生一度电,那经过聚焦以后,理论上就能达到一万度。
刘立建从2005年开始操作自己“聚光生油”的方案,在这个过程中他了解到,国外也有科学家在从事同样的研究,“但他们做的是想办法让太阳光热能达到2300度以上,实现二氧化碳到一氧化碳的直接转化,如果要投入产业化操作,可能没那么容易。”刘立建说,如果要达到2300度以上再反应,对容器的耐热性就提出了非常高的要求。他希望做的是在大概1000多度,通过一系列的复杂反应达到最终的转化效果。“目前我们在实验室已经取得了成功。”刘立建介绍,只要解决了反应过程中的不稳定性问题,“聚光生油”投入实际生产将为期不远。