未來減排的新趨勢

巴豆

日本豐田汽車集團旗下的豐田中央研究所，2021年宣布在“人工光合作用”技術上有新突破，成功研發實用規格的太陽電池，進一步提升了能源轉換率。

所謂人工光合作用，指的是利用太陽能制造化合物的技術。日本政府很早就決定投入研究，并在近年逐漸接近實用化水準。據經濟產業省說明，日本為了遵循處理氣候變化問題的巴黎協定，以及在全球變暖對策與經濟成長之間達成雙贏，定下在2050年之前減少80%溫室氣體的目標。而日本各行各業里，排碳最多的產業是消耗熱能的鋼鐵業，第二是生產塑膠的化工產業，兩者都要消耗化石燃料。人工光合作用能夠制造氫燃料，使用氫燃料的鋼鐵業可以大幅減少碳與化工原料“烯烴”。這兩大碳排產業所需，未來都可能由人工光合作用技術來供應。因此人工光合作用是一項可望擺脫化石燃料，實現零碳排的社會科技。

人工光合作用成敗的關鍵，是日本特別研發的“觸媒技術”。以能夠合成出烯烴（塑膠原料）的案例來說明。要進行人工光合作用，須使用被稱為“光觸媒”的物質，它能在經過光的照射之后，產生特定的化學反應，生成新的化合物。而這里的光觸媒，在被太陽光照射之后，可以分解水，產生氫氣與氧氣；再透過“分離膜”，單獨把氫氣分離出來；最后取出的氫氣，和工廠排出的二氧化碳，經過“合成觸媒”產生化學反應，制造出烯烴。

因此，要實現人工光合作用，就要在“光觸媒”“分離膜”“合成觸媒”三個領域研究開發。為此，日本經濟產業省自2012年開始投入資源，支持相關產學研究。其中要點在于，如何提高太陽能轉換效率，讓人工光合作用的工序做到低成本高效率，成為足以大量生產的技術。

那么轉換效率要到多少，才有大量生產的可行性呢？一般植物的“太陽能轉換效率”約在0.2%～0.3%，而要實現人工光合作用，得遠遠大于這個程度。2016年，日本做到植物的10倍，也就是3%（生產氫）的轉換效率，2017年又進步到3.7%；2021年豐田創造了7.2%的新記錄。而這一技術的最終目標則為10%；十年時間，人工光合作用研發逐步邁向目標，創造更好的能源未來。