科研动态 | 关学新副教授课题组：太阳能梯级利用在人工光合作用供能系统中能量和㶲分析

　　人工光合作用(Artificial Photosynthesis，AP) 是利用太阳能为唯一能源把CO2直接转化为高附加值化学燃料的能源技术。该技术在降低CO2排放的同时减少化石能源的消耗量，从而改善环境并解决能源短缺问题。AP主要包括热催化、光催化与电催化三种途径。其中，热催化在太阳辐照短波转化为热能的过程中产生较大的㶲损失，光催化和电催化只利用了部分高频率太阳波段 (分别为0.25 - 0.4 μm 与0.25 - 1.1 μm)，造成了其他波段的能量浪费。另外，目前的AP研究大部分都是直接输入纯CO2，没有考虑CO2捕获和纯化的能量消耗。因此，目前的AP技术中，太阳能利用效率普遍较低。

　　如图 1所示，在关学新副教授课题组所提出的新型AP系统中，根据太阳辐射的光谱特点，利用光电效应把短波辐射转换为电能，同时利用光热效应把其他辐射转换为热能，并分别与吸附CO2捕获环节和CO2还原环节相耦合，实现太阳辐照梯级转换与AP耗能过程的能势匹配利用，从而减少㶲损失并大幅度提高太阳能利用效率。关学新副教授针对以上新型AP系统，对各子系统分别搭建模型进行模拟，随后将其相耦合，形成一个完整的热力学模型，并对新型AP系统的能量、㶲效率进行测试和分析，发现在动物养殖场应用下进行CO2捕获的效率比在大气中进行CO2捕获的效率提高5%。

　　上述研究成果以“Energy and exergetic analysis of applying solar cascade utilization to an artificial photosynthesis energy supply system”为题，发表在Energy Conversion and Management期刊上。论文的第一及通讯作者为关学新副教授。

全文链接：

• https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S019689042200245X
• https://www.tynxb.org.cn/CN/Y2022/V43/I9/104