創新發明促進可再生能源發展

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香港城市大學(城大)材料科學家及其研究團隊的兩項重大發明,推進可再生能源領域的前沿研究,有助解決迫切的能源問題。

由材料科學及工程學系何志浩教授領導開發的兩項發明,包括一部新穎的波浪能裝置,既能發電又可減少空氣中的二氧化碳;以及嶄新的光電化學系統,可將太陽能轉化氫氣的效率提升兩倍,而且成本減半。

在首項研究中,何教授及其團隊研發出輕型波浪能驅動電化學二氧化碳還原系統,能夠把海洋的波浪能轉化為液體燃料甲酸。該系統有三個組件:彈簧輔助的球形摩擦納米發電機,可將波浪的動能轉化成電能;能源管理電路板連同超級電容器,用作暫存轉化的電能;還有可將二氧化碳還原轉化為甲酸的電化學裝置。

「跟傳統的電磁式波浪發電機相比,我們發明的摩擦納米發電機重量較輕,可以浮於水面,對海洋生物和海床的影響減至最低,而且在風暴中也可使用,更具成本效益,」何教授說。 

「甲酸是一種可在室溫儲存的液體燃料,運輸比較安全和方便。更重要的是,我們研發的技術可以在能源轉化過程中減少二氧化碳,即主要溫室氣體,有助對抗氣候變化,」他說。 

新技術可提升波浪能轉換電能的效率,提高電力產能。何教授說:「長遠來說,我們希望將效率再提高,讓這項再生能源轉換的發明減少人們對化石燃料的依賴。」  

這項研究成果已於學術期刊《能源與環境科學》發表,題為「藍色能源燃料:通過二氧化碳還原將海洋波浪能轉化為液態碳燃料」。 

為了進一步探索可再生能源的潛能,何教授與另一團隊研發出嶄新的光電化學系統,可將太陽能轉化氫氣的效率由一般的3%大幅提升至9%,轉化的穩定性更由幾分鐘劇增至逾150小時,創下同類系統的最高紀錄。 

有關研究成果早前在科學期刊《自然通訊》上發表,題為「通過磷化銦鎵/砷化鎵雙重連接,建構太陽能轉化氫氣效率達9%的高效穩定光電化學系統」。 
光電化學系統又稱為人工光合作用系統,透過陽光及專門的半導體,將水分解為氧氣及氫氣。 

何教授指出差不多所有現行的光電化學系統(例如矽與三五族半導體)均採用單面元件結構,故須在功能和表面保護之間作出取捨。半導體在水分解過程中會被腐蝕,因此大部分系統會在數分鐘內失效。由於系統不穩定,加上成本高昂,致實際應用未能普及。 

「我們的研究利用外延層剝離及轉移技術,可善用裝置的正背兩面,並可重用基板。這樣既可大幅提升系統的穩定程度和壽命,更可將成本銳減一半,令光電化學系統更具成本效益,」何教授說。   

研究團隊更展示首個全整合獨立運作無線三五族為本光電化學系統。這個「人工葉」系統無須連接電力也可作能源轉化,把太陽能轉化氫氣的效率是接近6%。 

「我認為這項突破有助減少將來進行相關研究的地域限制,」何教授說。   


編輯注意:

檔案名稱:Photo 1
圖片說明:何教授及其研究團隊推進可再生能源前沿研究。

檔案名稱:Photo 2
圖片說明:新發明的波浪發電裝置能有效地將波浪能轉化為電能。

檔案名稱:Photo 3
圖片說明:新發明的「人工葉」不需連接任何電力也可進行能源轉化。

新聞界查詢:城大傳訊及公關處盧絲雅(電話:3442 6304或 6230 9875)
 

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