羅景山:規模化利用太陽燃料,走向人類能源和環境的未來之路

2020-12-05 DeepTech深科技

2019年1月21日,《麻省理工科技評論》公布了2018年「35歲以下創新35人」(Innovators Under 35 China)中國區榜單。從榜單中,我們看到更多中國創新科研力量的崛起,也看到跨學科、跨領域、並且對落地應用有更強烈企圖心與使命感的科研創新,這其中涵蓋人工智慧研究與應用、NLP、腦科學、新材料、新能源、生命科學、生物科技、自動駕駛等多個不同領域。我們將陸續發出對35位獲獎者的獨家專訪,介紹他們的科技創新成果與經驗,以及他們對科技趨勢的理解與判斷。

關於Innovators Under 35 China榜單

自 1999 年起,《麻省理工科技評論》每年都會推出「35歲以下創新35人」(Innovators Under 35 China)榜單,旨在於全球範圍內評選出被認為最有才華、最具創新精神,以及最有可能改變世界的 35 位年輕技術創新者或企業家,共分為發明家、創業家、遠見者、人文關懷者及先鋒者五類。2017年,該榜單正式推出中國區評選,遴選中國籍的青年科技創新者。新一屆榜單正在徵集提名與報名,截止時間2019年5月31日。

很多科學家在年少時,就夢想過長大以後要成為一名科學家。但出生於河南駐馬店一戶書香門第的羅景山,夢想卻是成為一名武林高手。你沒有看錯,就是那種武功高強,可以行俠仗義的武林高手。

因此,儘管從事教育行業的家人通過自己的輔導,給他提供了一個小城市裡最優質的教育資源,但他的理想學府,卻一度是少林寺和遍布河南全省的武術學校。

不過,中學的時候,羅景山接觸到了幾何,覺得猜謎遊戲一樣的幾何證明題散發著無盡的魅力;又讀了《愛迪生傳》,讓他意識到當個發明家也很有趣。就這樣,「改變志向」、「棄武從文」的羅景山,重新變回了好學生,考上了市裡最好的高中。

後來,又因為濃厚的興趣,考入吉林大學物理學院。本科畢業後,羅景山先後進入新加坡南洋理工大學和瑞士洛桑聯邦理工學院攻讀博士學位、從事博士後研究。沒能手執長劍站在「華山之巔」的羅景山,就這樣一步一步地,憑藉著他在光解水制氫和二氧化碳還原等領域的一系列研究成果,站上了新能源、新材料的學術高峰。

我們都知道,氫氣和氧氣燃燒會生成水,而煤炭、石油、天然氣等燃料燃燒的主要產物,則是二氧化碳。正是這些燃燒的過程,為人類社會提供了絕大多數的能源。而所謂的光解水制氫和二氧化碳還原,則是將燃燒的過程逆過來,利用太陽能等可再生的清潔能源,把水變回氫氣和氧氣,把二氧化碳還原為一氧化碳、甲烷、乙醇等物質,把產物變回燃料,重新注入到汽車、鍋爐、燃氣灶裡去。其中,氫能是唯一沒有汙染、也不會產生溫室效應排放、還有著極高能量密度的理想的燃料;而二氧化碳還原的意義,則不僅僅在於燃料再生和化工產品的合成,更在於可以降低大氣中的溫室氣體含量,從而緩解、甚至逆轉全球氣候變暖的影響。因此,一直以來,光解水制氫和二氧化碳還原,都被認為是對人類能源和環境的未來有著重大意義的化學過程。

不過,這些過程的實現難度都非常大。這也很好理解,如果自然界中天然存在著可以分解水和還原二氧化碳的催化劑或者化學過程,那麼太陽光一照,作為生命之源的水就不存在了,二氧化碳也會變成有毒的一氧化碳。因此,如何尋找出自然界中不存在的化學物質和化學過程,讓光解水制氫和二氧化碳還原擺脫效率低、成本高等困擾,一直是科學界的一項難題。

而羅景山卻在這個領域接連取得了一系列突破性的進展。

本科時,羅景山大三就進入到了實驗室,從事可以發光的碲化鎘量子點的合成。至今,他都十分感激吉林大學一流的教學水平,給他打下的紮實的基礎。進入到南洋理工大學之後,研究方向換成了光解水。在從導師到學生都競爭壓力巨大的環境下,他學會了如何獨立從事科研工作。面對新的課題,羅景山利用量子點敏化二氧化鈦,做出了用於光解水的高效光陽極。

之後,在相對於中國、新加坡來說壓力小很多的瑞士,可以平靜從容地做科研的羅景山,實現了學術成果的「大爆發」。首先,他使用廉價的材料,製備出了高質量的氧化亞銅納米線陣列光陰極,解決了該材料光吸收厚度和電荷傳輸距離不匹配的難題,取得了氧化物材料光電化學分解水的世界紀錄。之後,他又在光伏驅動光解水產氫領域開闢了全新的思路,首次利用非常廉價的鈣鈦礦太陽能電池與鎳鐵基催化劑,用相比於傳統技術1/3到1/5的成本,實現了幾乎同等的產氫效率,一時引起了包括《麻省理工科技評論》在內的各大科技媒體的爭相報導。而在二氧化碳還原方面,他開發了基於氧化銅和氧化錫的廉價複合電催化劑,解決了二氧化碳還原生成一氧化碳的高選擇性難題,並與光伏電池結合,創造了13.4%的太陽能驅動二氧化碳還原制一氧化碳的世界紀錄。

這三項研究成果,都是使用廉價材料,做出了非常高的效率,引領了全世界相關領域的研究方向。這些研究成果都有著清晰的應用前景:以氫能源汽車、氫氣儲能為代表的國際能源市場,早已對廉價氫氣翹首以待了多年;而全球減排目標與碳排放交易市場的建設,也使得二氧化碳還原技術有著越來越大的需求。

2018年初,羅景山回國加入南開大學,成為一名教授。他表示:「身為一名科研工作者,絕不能僅僅為了滿足個人的興趣愛好而去做科研,應該心懷天下,面向國家、世界和人類的需求,力求改變世界,改善人類生活,推動社會進步。」在羅景山看來,回國任教,是他改變世界最好的舞臺。

相關焦點

  • 羅景山:光電催化合成燃料和化學品助力碳中和
    羅景山在演講中說:「碳中和能源技術是世界科技研究的前沿,對標的是經濟主戰場,同時也是我們國家的重大需求。」 綠水青山就是金山銀山。碳中和對於改善環境,實現綠色發展至關重要。「碳中和,顧名思義就是二氧化碳的排放總量和減少的二氧化碳總量相當。」 羅景山解釋道,「實現碳中和的方式有很多,最直接的是從利用化石能源過渡到使用清潔可再生能源。」
  • 中國科學院院士李燦:太陽燃料合成是未來減排的根本途徑之一
    人工光合成道法自然光合作用,是合成太陽燃料的重要策略,也是人類保護地球家園、實現生態文明、可持續發展的理想途徑。在2020年中國電機工程學會年會上,中國科學院院士、中國科學院大連化學物理研究所研究員、潔淨能源國家實驗室(籌)主任李燦接受《中國電力報》記者專訪,對太陽燃料的優勢、戰略意義與發展前景等方面作出闡釋。
  • 「液態陽光」讓「碳中和」更近一步|專家探討綠色能源未來
    李燦表示,「液態陽光技術」是利用太陽能等可再生能源產生的電力電解水生產「綠色」氫能,並將二氧化碳加氫轉化為「綠色」甲醇等液體燃料,為同時解決上述兩大難題提供了新的策略和技術路線。 近日,李燦團隊在西部地區先行先試的千噸級「液態太陽燃料合成示範項目」在蘭州新區通過了科技成果鑑定。
  • 「液態陽光」讓「碳中和」更近一步|專家探討綠色能源未來
    「從長遠來看,通過可再生能源高效利用,才可以徹底有效地解決我們面臨的能源、環境和資源問題。」中國科學院院士、中國科學院大連化學物理研究所研究員張濤在主旨報告中表示。多元化、低碳化、清潔化已是未來能源的發展趨勢。
  • 「人造太陽」人類的未來能源
    &34;計劃已經歷經14年,人造太陽其實就是一個可控核聚變裝置,該裝置也是世界上最大的核聚變裝置。這是一個國際項目有35個國家合作實施這一計劃,該裝置在法國的南部目前已經開始組裝,而中國也參加了這一項計劃,中國為該項目提供磁體饋線、極向場線圈等重要部件。
  • 人類未來的終極能源-「人造太陽」,它還遙遠嗎?
    什麼是「人造太陽」?人類對能源的探索就一直沒有停過。從古代人利用木材、柴薪作燃料燒烤食物和燒制陶器,到17世紀中葉,工業革命的興起,開始使用煤炭,再到19世紀的石油時代。可以總結為:人類能源工業的發展經過由薪柴到煤炭,再由煤炭向油氣的轉變。
  • 專家析月球環境與能源利用:月壤氦3儲量可供地球使用一萬年(2)
    先來月球歇歇腳吧「在月球上開展原位資源利用,有助於建立人類走向深空的前哨站。」鄭永春說。人類未來的目標是登陸火星,而火星距離地球最近也有5500萬公裡。鄭永春表示,儘管空間站建設已經基本成熟,但其壽命有限且維護成本高,月球是非常理想的中轉站,以及測試各種載人航天技術的訓練場,「如果不進行38萬公裡的演練,我們沒有辦法走向更遙遠的深空」。
  • 未來能源的選擇將何去何從?氫能極大概率將成為能源的終極之路
    人類歷史上每一次能源利用的裡程碑式發展,都會開啟一個新的時代。從木柴到煤炭再到石油,人類文明也隨之飛速進步,同時也越來越離不開能源。 而目前煤炭和石油等石化能源正面臨著枯竭,人類文明又將面臨一個重大的轉折。未來能源的選擇將何去何從? 答案似乎模糊卻也清晰,高效、清潔、可持續是要素,其中高效是必要條件。
  • 我國首個「液態太陽燃料合成示範項目」通過科技成果鑑定
    央廣網蘭州10月16日消息(記者張磊)10月16日,中國科學院大連化學物理研究所與甘肅省科技廳聯合舉辦綠色氫能和液態陽光甲醇高端論壇,20多名院士圍繞可再生能源合成甲醇、綠色氫能等議題,探討未來能源發展方向。在本次論壇上,千噸級「液態太陽燃料合成示範項目」通過了中國石油和化學工業聯合會組織的科技成果鑑定,這也意味著,我國對氫能源規模化開發利用取得新突破。
  • 在未來或許可以利用海水溫差,給人類提供所需要的能源!
    利用海水溫差發電的探索,為人類向海洋發展描繪了美好的前景。也許在未來的某一天,隱藏在海洋中的能量可以供給世界運轉所需的能源。早在1870年,科幻小說家儒勒·凡爾納就在《海底兩萬裡》中有這樣一段充滿想像力的描述:「就人類信仰而言,全世界最大的能量是光與愛;而就無限能源而言,非『海洋能』莫屬!」何謂「海洋溫差發電」?
  • 千噸級「液態太陽燃料合成示範項目」通過科技成果鑑定
    央廣網蘭州10月15日消息(記者張磊)10月15日,千噸級「液態太陽燃料合成示範項目」在蘭州新區通過了中國石油和化學工業聯合會組織的科技成果鑑定,鑑定委員會專家一致認為:液態太陽燃料合成示範項目集成創新了液態太陽燃料合成全流程工藝裝置,具有完全自主智慧財產權,整體技術處於國際領先,同意通過鑑定。
  • 燃料酒精和甲醇是否可以成為未來能源、植物也能生產石油嗎
    大家好,歡迎關注我的百家號過價值人生,今天給大家介紹的是燃料酒精和甲醇是否可以成為未來能源、植物也能生產石油嗎。「綠色油田」是不是人類的夢想「綠色油田」是人們對燃料酒精的讚譽之詞,這是因為這種燃料來源於綠色植物。各種草類、木片、秸稈、糧食、甘蔗、水果以及其他許多含纖維素的原料,都可提取酒精(乙醇)。
  • 中國種植生物質能源植物不宜規模化
    近日,能源基金會中國(Energy Foundation)發布了題為《世界主要國家生物液體燃料產業政策》的研究報告。報告指出,中國人多地少、人均淡水資源也遠遠低於世界平均水平,因此,中國規模化發展生物質能源產業潛在的環境影響會更大。
  • 陳光祖:燃料電池汽車(FCEV)正從夢想走向現實
    近來,日本通產省公布《燃料電池汽車戰略路線圖和氫能社會白皮書》提到,2025年實現200萬輛的目標,2030年加氫站達1800座,相應對質量,成本和配套工程設施都要很好改善,形成規模化能力走向市場。  中國也是十分重視和積極發展FCEV的國度。
  • 人類能源發展史——新能源不斷產生,能源危機有所緩解
    縱觀人類社會發展的歷史,人類文明的每一次重大進步都伴隨著能源的改進和更替。人類利用能源的歷史,也就是人類認識和徵服自然的歷史。在能源的利用史上,就其劃時代性革命轉折而言,主要大致經歷了薪柴、煤炭、石油三個能源時期。
  • 我國對生物質能源重視不夠
    一位不願透露姓名的業內人士告訴記者:「利用好農業廢棄物資源,能減碳減排,同時還涉及農業環境的治理以及我國能源的安全。」記者了解到,天然氣是能源安全的核心內容,涉及國際合作。中國天然氣對外依存度過高,如果把國內草本類有機廢棄物利用起來,就會有巨大的生物天然氣資源潛力。上述業內人士補充道:「國內的生物質能源利用之路其實走得有些碎片化。
  • 人類歷史也是能源利用史
    羅茲憑藉自己的努力,考上耶魯大學,之後著有《原子彈秘史》《黑太陽:氫彈秘史》等26本書,其中《原子彈秘史》獲得普立茲獎,被認為是有關20世紀上半葉核歷史以及現代物理學領域的專業之作。  能源問題是人類生存的根本問題。煤炭、石油、電力、核能等能源催生的各種科技發明,給社會帶來了翻天覆地的變化。
  • 我國可再生能源發展戰略的若干問題
    上世紀70年代先後爆發的兩次石油危機,引發了人們對未來化石能源短缺的憂慮,加上環境問題日益受到公眾的重視,可持續發展思想迅速成為國際社會共識,開發利用可再生能源開始受到世界各國的廣泛關注,從而開啟了人類利用現代科技規模化開發利用可再生能源的第一次浪潮。
  • 做生物質能源開發利用引路人
    選擇新型可再生能源,減少環境汙染,成了人們追求的主要目標,而以利用新型秸稈技術為主要方式的生物質能源就是其中一項重要內容。近期,針對這個話題,記者採訪了山東省生物質能產業聯盟科技推廣中心主任霍寶民。環保新能源    記者:隨著化石能源的日益枯竭,開發新能源,改善能源結構,促進可再生能源的發展已日益緊迫,利用現代科技生產生物質能源,實現大規模節能和大幅度減少汙染物排放刻不容緩。