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兩岸新願景(1331)--談談新時代的能源革命(一)

   兩岸新願景(1331)--談談新時代的能源革命(一)
   
   
   
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   發言人:陳賜麟, on Jun 04/2008 21:35:31 (IP code: X.X.124.90)
   
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   大家好:
   
   液態氫能源革命分為製程,儲存,運輸,使用四大程序.製程目前分為(1):蒸汽改質法,(2):水解法,(3):光電解法,(4):熱化學法,(5):光生物法等,但(1)-(4)皆有不環保,成本過高等問題.唯(5)人造葉綠體法(光生物法)既環保成本又低(附錄),是最能取代傳統石油能源的新一代能源製程.
   
   以下乃針對其製程的改良進行論述.(待續)
   
   
   附錄:
   
   人造葉綠體(1981.5.15)
     葉綠體是自然界植物細胞內產生醣類的獨特構造。它藉著太陽光的能量,將水分裂而來的氫離子及電子與大氣中的二氧化碳結合成醣類,同時釋放來自水分子的氧氣。
                 日光能
     二氧化碳 + 水  ──────→ 醣類 + 氧氣
                植物葉綠素
   
   
   植物葉綠素
   
     這種自然界的葉綠體,主要目的是合成醣類以供給生物能量。柏克來加州大學的卡爾文博士(Dr. M. Calvin)是這方面的專家,因其傑出成就而獲頒1961年諾貝爾化學獎。之後,卡爾文仍埋首鑽研光合作用;不過他的興趣轉向氫氣的合成與收集。為了增強氫氣的生產效率,他花了多年心血終於研製成功「人造葉綠體」。
   
     利用葉綠體製造氫氣是一種絕妙的工作。近期(1981年二月號)的「發現」(Discover)雜誌報導,科學家過去十年的研究,利用自然界植物葉綠體製造氫氣的效率只有4%,而卡爾文的人造葉綠體已經提高為30%,這是一項驚人的突破。我們先了解一下人造葉綠體的基本構造,及進行光合作用時氫氣的製造過程。
   
     人造葉綠素分子由一層膜囊隔成內外兩部份,這就是人造葉綠體的基本結構。當一個光子(代表光能的單位)擊中一個葉綠素分子而形成激發態時,立即將受激電子傳給內層葉綠素,導致葉綠素分子因失去電子而留下一個電子空位。這有電子空位的葉綠素分子能從水分子取得一個電子,同時使其解離釋放的氫離子,進入葉綠體囊內。接著當第二個光子擊中第二個人造葉綠素時,受激電子進入葉綠體囊內與前述氫離子中和而形成氫原子,並留於葉綠體內。重複上述反應而生成的另一個氫原子與之結合成氫分子(H2),也就是氫氣。在整個反應過程中,水分子分裂製成氫氣以及高活性、不穩定的氫原子。
   
          日光能
     水  ──────→ 氫氣 + 高活性氧原子
         人造葉綠體
   
   
     卡爾文整個研究的重點在提高氫氣的合成,這個工作難在如何避免電子及離子與二氧化碳結合,而變成碳水化合物。為模仿葉綠素吸光及水解作用,他用紫質(porphyrin)作成染料,專事吸收光能;利用金屬如鉑、釕與有機化合物如Viologeu製成人造催化劑,使水分子分裂過程能放出氫氣,而不會走上合成糖類的路徑;另外他又用水與磷脂質混和製程類似葉綠體膜的東西。由這些組合成的人造葉綠體結構單純,卻有一般葉綠體的功能,最大差異是這種光合成主要產物為氫氣及氧原子,而沒有碳水化合物的產生。
   
     最近卡爾文精研改良的人造葉綠體又有新的突破。新一代的人造葉綠體是細長形狀,由許多毛細管組成,管壁有人造膜,膜內有人造染料及催化劑,管內充滿水分。太陽光照射時這種葉綠體能有效地將水分裂成氫氣與及不安定的氧原子,分別由毛細管的兩頭釋出,而且收集容易。這類氧原子在纖維、泡沫等化學工業上有實用價值,成本低廉;至於可當燃料的氫氣,其簡易的生產過程則為能源危機提供了光明的遠景。(原載科學月刊十三卷一期)
   
   
   
   
   
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