一杯水造出燃料

杜以会编译

最近，麻省理工学院(MIT)的化学教授诺伽拉(Daniel Nocera)对着礼堂的科学家和美国政府能源官员说：“我要给各位看的东西，没给任何人看过。”他请大礼堂管理员把灯光转暗，然后开始播放影片。“看得到吗?”他指着浸在水里的一片材料冒出的气泡，兴奋地问。“氧气从这块电极涌出，”然后神秘地补充，“这就是未来，我们已经找到那片叶子。”

诺伽拉展示的是从水里产生氧气的反应，就像绿色植物行光合作用那样，所以他称水为“叶子”。这样的成就，对于整个能源领域来说具有深远的意义。这个反应在他开发出来的触媒协助之下进行，是将水分解，产生氢气的第一步，也是最困难的一步。诺伽拉相信，用高效率的方法从水产生氢，将有助于克服太阳能目前无法成为电力主要来源的重要障碍。

太阳能有它的独特潜力，能够产生大量的干净能源，不会造成全球变暖。但是如果储存这种能源的方法过于复杂而且耗费过高，太阳能电力就无法大规模取代化石燃料。在诺伽拉设计的情境中，阳光会分解水，产生多种容易储存的氢燃料，送到内燃发电机燃烧，或者在燃料电池中和氧重新结合。他更大的野心是应用这种反应分解海水：让氢通过燃料电池，除了产生电力，也造出淡水。初步的测试中，他的触媒在有盐存在的情况下表现得很好，他正在做进一步的测试，观察它处理海洋中其他化合物的情形。如果行得通，诺伽拉的系统将不只可用于应对能源危机，还有助于解决全球日益严重的淡水短缺问题。

诺伽拉认为，有两种方法可以利用他的突破性研究。第一种方法是，用传统的太阳能板捕捉阳光来产生电力，电力驱动电解器，电解器用他的触媒分解水。第二种方法是运用比较像“叶子”结构的系统，将触媒置于设计来吸收阳光的特殊染料分子旁边，染料捕捉的能源，将驱动水的分解反应。不管是哪一种方法，太阳能都将转化成氢燃料，很容易储存，并且任何需要的时候使用。

诺伽拉大胆宣称他的研究进展十分重要，许多专家质疑他的系统能否扩大应用，以及经济效益有多好。诺伽拉却不退缩，“有了这个发现，我彻底改变了现状，”他告诉全场听众，“以前所有的主张都可以丢到窗外。”

不过，迈可·葛雷彻(Michael Gratzel)也许有聪明的方法，能将诺伽拉的发现实用化。葛雷彻是瑞士洛桑(Lausanne)的联邦理工学院化学与化学工程教授，诺伽拉很早就找葛雷彻谈他的新触媒。

1991年，葛雷彻造出一种新型太阳能电池，用到含钌的一种染料，其作用很像植物中的叶绿素，能吸收光和释放电子。但是葛雷彻的太阳能电池中，电子不会激发水分解反应；它们是由一层二氧化钛薄膜收集起来，引导通过外部电路而产生电力。葛雷彻现在认为，他可以把自己的太阳能电池和诺伽拉的触媒整合起来，成为单一的装置，捕捉来自阳光的能源，用它来分解水。

如果他的看法是对的，我们就会跨出重要的一大步，造出在许多方面都很像一片叶子的装置。葛雷彻的构想是，用他的染料取代诺伽拉的系统中，让触媒在上面形成的电极；染料本身受到光线照射，就会产生促使触媒成形的电压。“染料的作用就像分子导线，把电荷送走，”葛雷彻说，触媒接着在需要的地方，也就是在染料上面形成，触媒形成之后，染料吸收的阳光就会驱动分解水的反应。葛雷彻表示，和另外使用太阳能板、电解器比起来，这种装置可能更有效率，也更便宜。

就像诺伽拉说的，借用大自然本身的蓝图，人类或许不久就能利用太阳“从一杯水造出燃料”。这个想法很美，任何化学家都会拍手叫好——每个人应该也都会觉得，希望成真的可能性很高。