神奇催化剂可使海水炼无限燃料

中间的补给舰,正为航空母舰巡防舰提供油料。未来说不定只要抽取海水就能制作燃料。(图/美国海军)

马汉的「海权论」出版以来,许多强国都认为海军舰队是重要的,舰队确实是是国家力量的延伸,但是军舰航程受限于燃料,除了少数核动力军舰之外,大多数军舰都必须定期补充油料。不过那么有没有办法使海水变成燃料呢?确实有这方面的研究

这项研究要先从水煤气(synthesis gas 也叫合成气)说起,1902年,法国化学家保罗·萨巴捷(Paul Sabatier)发现,一氧化碳加上氢气,在高温高压条件下,可以在钴镍为催化剂的作用中生成甲烷,当时称为人造瓦斯, 萨巴捷也被授予1912年诺贝尔化学奖

1925年,德国化学家化学家费歇尔(Franz Joseph Emil Fische)和托罗普施(Hans Tropsch)共同开发更廉价的水煤气制作法,称为「费托法」(Fischer–Tropsch process)的,能够将煤碳有效的转成液态燃料,这对二战时期的德国很有帮助,以费托法制作的燃料,占到德国燃料总量的25%。

然而到了二战后,由于石油开采更方便,热量较低的水煤气与费托法就沉寂了。

但是,如今大家都在谈化石燃料减量,因此水煤气又重新引起研究兴趣。2014年,美国海军研究实验室(NRL)的希瑟·威洛(Heather Willauer)所领导的实验团队宣布,他们可以利用催化剂,将酸化海水(pH值低于6的海水),提取二氧化碳和氢气,然后再以「反向水煤气变换」(RWGS),将二氧化碳转化为一氧化碳。接着就通过费托法,将一氧化碳转化为液态烃。

不过,希瑟·威洛团队所研发的RWGS催化剂「碳化钼」,需要用到昂贵元素,而且在经历几次反应后,会迅速失去活性,因此之后的研发工作,都在调配更廉价的材料为主。

现在,相关研究似乎有了突破,罗彻斯特大学、美国海军研究实验室、匹兹堡大学和OxEon能源公司的跨界团队,修改了催化剂配方,使整个过程变得更廉价。

团队将钾放入碳化钼催化剂中,在为期10天的中试规模研究的连续运行过程中,没有发现失活迹象,而钾是一种相当丰富的元素,海水里中有大量氯化钾,也就是低钠盐

研究员马克‧帕罗索夫(Marc Porosoff)说,钾有效降低了RWGS反应的阈能,而带有凹槽孔隙的γ氧化铝,就像海绵一样有助于确保碳化钼催化剂粒,能够保持分散状态,从而最大程度地增加了可用于反应的表面积,两种情况使得掺钾的碳化钼催化剂,有更好的适用性

现在,研究团队为了确定钾促进的碳化钼,是否也是良好的碳捕捉公工,他们将进行进一步的试验,以测试催化剂暴露在工厂污染废气环境(常有汞、硫、镉),是否仍具有稳定性,若是也通过测试,钾-碳化钼催化剂的功用就更大了,不但能够「点海水成燃料」,还能「捕捉二氧化碳」,说不定将成为重要的能源变革