日本

研究人员来自东京科学研究所在太阳能制氢方面取得了一项里程碑，通过一种能够捕捉长波可见光的敏化光催化剂将效率提高了一倍，达到800纳米。这一波段的光谱，即使在阴天也丰富且稳定，而传统系统对此利用不足。 该研究发表在ACS Catalysis，直接指向所谓的人工光合作用的历史瓶颈之一。 人工光合作用的挑战 利用太阳能从水中制取氢气是一个清洁而优雅的过程：无排放、无燃烧、无碳。它基于光催化剂，这些材料吸收光子并利用能量将水分解为氢气和氧气。 问题在于，大多数传统催化剂仅利用有限的太阳光谱，主要是高能可见光，而忽略了红外和近红外辐射，这在实践中是最稳定的。 锇替代钌 由前田和彦教授和研究员山本春香领导的团队决定修改一个关键元素：光敏化剂复合物的中心金属。取代只能吸收至600 nm的钌，引入了锇。 这一变化使得能够捕捉更长的波长，接近800 nm，在那里太阳辐射丰富且不太依赖理想条件。 锇引入了所谓的重原子效应，这有助于低能电子跃迁，特别是单线态-三线态跃迁。 这些跃迁允许用能量较低的光子激发电子，增加可用于推动氢气生产反应的电子数量。结果：与基于钌的系统相比，效率提高了一倍。 实际影响 除了技术数据外，这一进展回应了一个实际需求：太阳光并不总是直接或完美的。在城市、高纬度地区或阴天，漫射辐射仍然存在，尤其是在长波长。 能够在这些条件下工作的光催化剂可以每天在更多地方运行更长时间，并且对方向或极端清洁的依赖性更小。 这开启了新的场景：本地氢气生产、城市立面和屋顶的整合，或与传统光伏系统的混合使用，利用今天未充分利用的光谱区段。 限制与未来 这一进展并不意味着立即的革命。锇是一种稀有且昂贵的金属，仍需努力优化稳定性、成本和可扩展性。然而，它代表了实验室与现实世界之间的桥梁，表明提高效率并不总需要更复杂的系统，而是更好设计的材料。 太阳能氢气作为能源载体 用太阳能生产的氢气是脱碳的关键。它作为储存可再生能源过剩的能源载体，减少对化石燃料的依赖，并允许脱碳难以电气化的行业，如重工业和运输。 其应用包括： 能源储存：将太阳能的间歇性转化为可用能源并稳定电网。 清洁工业：在钢铁、水泥、氨和甲醇等过程中替代煤炭和天然气。 可持续运输：通过燃料电池为车辆供能，实现零排放。 发电：用于固定和便携应用的燃料电池。 合成燃料：可以精炼以生产可再生替代品。 与化石燃料相比，其优势显而易见：零排放、可持续性和多功能性。 日本团队的工作表明，扩大人工光合作用的有效光谱具有实际且可测量的影响。虽然不能解决所有障碍，但它在通往低碳经济的道路上放置了一个关键的拼图，使太阳能氢气技术更接近于实际和日常使用。

研究人员来自东京科学研究所在太阳能制氢方面取得了一个里程碑，通过一种能够捕捉长波可见光的敏化光催化剂将效率提高了一倍，达到800纳米。这一波段的光谱，即使在阴天也丰富且稳定，但传统系统很少利用。 该研究发表在ACS Catalysis，直接指向所谓的人工光合作用的历史瓶颈之一。 人工光合作用的挑战 利用太阳能从水中制取氢气是一个清洁而优雅的过程：无排放、无燃烧、无碳。它基于光催化剂，这些材料吸收光子并利用这种能量将水分解为氢气和氧气。 问题在于，大多数传统催化剂仅利用有限的太阳光谱，主要是高能可见光，而忽略了红光和近红外辐射，这在实际中是最恒定的。 锇代替钌 由前田和彦教授和研究员山本春香领导的团队决定修改一个关键元素：光敏化复合物的中心金属。取代只能吸收至600 nm的钌，引入了锇。 这一改变使得能够捕捉更长的波长，接近800 nm，在那里太阳辐射丰富且对理想条件的依赖性较小。 锇引入了所谓的重原子效应，这有助于低能电子跃迁，特别是单线态-三线态跃迁。 这些跃迁允许用较低能量的光子激发电子，增加了可用于推动氢气生产反应的电子数量。结果：与基于钌的系统相比，效率提高了一倍。 实际意义 除了技术数据外，这一进展满足了一个现实需求：太阳光并不总是直接或完美的。在城市、高纬度地区或阴天，漫射辐射仍然存在，尤其是在长波长。 能够在这些条件下工作的光催化剂可以每天在更多的地方运行更长时间，并且对方向或极端清洁的依赖性较小。 这开辟了新的场景：本地氢气生产，整合到城市立面和屋顶，或与传统光伏结合的混合系统，利用目前未充分利用的光谱带。 限制和未来 这一进展并不意味着立即的革命。锇是一种稀有且昂贵的金属，仍需努力优化稳定性、成本和可扩展性。然而，它代表了实验室与现实世界之间的桥梁，表明提高效率并不总是需要更复杂的系统，而是需要设计更好的材料。 太阳能制氢作为能源载体 用太阳能生产的氢气是脱碳的关键。它作为能源载体储存可再生能源的过剩，减少对化石燃料的依赖，并使难以电气化的行业和运输部门脱碳。 其应用包括： 能源储存：将太阳能间歇性转化为可用能量并稳定电网。 清洁工业：在钢铁、水泥、氨和甲醇等过程中取代煤炭和天然气。 可持续运输：通过燃料电池为车辆提供动力，实现零排放。 发电：用于固定和便携式应用的燃料电池。 合成燃料：可以精炼以生产可再生替代品。 与化石燃料相比，其优势显而易见：零排放、可持续性和多功能性。 日本团队的工作表明，扩大人工光合作用的有效光谱具有实际和可衡量的影响。虽然不能解决所有障碍，但它在通往低碳经济的道路上放置了一个关键的拼图，使太阳能制氢技术更接近实际和日常使用。

日本发起了一项援助计划，以打击中国在南美水域的非法捕鱼，该计划将帮助阿根廷。 特别是，日本将为阿根廷及其他三个国家配备监控无人机和先进技术。 为此，日本外务省将拨款3亿日元（190万美元）以加强厄瓜多尔、秘鲁、阿根廷和乌拉圭的海上巡逻。 目前，令人担忧的是在这些国家附近国际水域作业的中国渔船队关闭了GPS应答器。 这种非法行为使得船只追踪变得困难，并引发了对未申报捕鱼和海床测绘的怀疑。 尖端技术识别中国非法捕鱼船只 该计划通过联合国毒品和犯罪问题办公室实施，包括充气巡逻艇和专业设备。 这些系统分析无人机拍摄的图像以识别船只登记、船员规模和船只的航线。 当渔船队关闭GPS追踪时，确定航线和涉及船只数量变得极其困难。 采取执法措施需要海岸警卫队的高级能力，而许多南美国家缺乏这些能力。 中国在南美水域的存在情况 中国船队在厄瓜多尔加拉帕戈斯群岛周围水域保持活跃。 这些船队关闭了GPS应答器，向南航行至秘鲁和智利沿海。 在大西洋，确认了中国船队在阿根廷和乌拉圭附近水域的活动。 根据全球渔业观察的数据，阿根廷的渔业活动从2013年每500平方公里61,727小时增加到2023年的384,046小时，在被称为“201海里”的区域。 阿根廷海岸警卫队最近报告称，加强了对“超过500艘外国渔船将在下一次鱿鱼捕捞季抵达201海里的监控”。 大多数来自中国、韩国和台湾。 可疑活动和劳工虐待 当地研究人员指控中国船只在阿根廷大陆架进行可疑活动。 2016年在阿根廷海域进行非法捕鱼的拖网渔船Lu Qing Yuan Yu 205今年被发现进行网格移动，暗示对海床的勘探。 在厄瓜多尔，最紧张的事件发生在2017年，当时当局在加拉帕戈斯海洋保护区内捕获了装载有6,623条鲨鱼的中国货船Fu Yuan Yu Leng 999。 还出现了对非法渔船上工人可能遭受人权侵犯的担忧。 这些工人，许多来自东南亚，在没有温度控制的船上面临长时间工作的艰苦条件。 日本政府希望支持面临类似问题的国家。中国渔船也在日本海的大和堆非法作业。 加强对南美非法渔船的执法措施可能有助于保护这些工人，为日本加强与东南亚国家关系提供机会。

名古屋大学的研究人员在材料科学领域取得了一个里程碑：开发出一种专为金属3D打印设计的新型铝合金家族。 这项工作发表在《自然通讯》上，证明了增材制造不仅可以用于生产复杂零件，还可以从零开始重新思考合金的设计方式。 铝轻便、坚固且丰富，但存在一个历史性问题：在高温下其强度急剧下降，这限制了其在发动机、涡轮机和持续受热系统中的应用。 为增材制造设计的合金 日本团队不仅仅是改造现有材料，而是为3D打印的极端环境设计合金。结果是：耐热、机械稳定且可回收的合金，由丰富且低成本的元素制成。 其中一种合金即使在300°C下仍保持强度和延展性，这在传统铝材中很难实现。 质疑冶金学的教条 进展的关键在于重新思考冶金学的经典原则。设计基于使用铁，一种传统上在铝中被避免的元素，因为它会使铝变脆且易腐蚀。在正常条件下，这确实如此。但3D打印改变了规则。 在像激光粉末床熔融这样的工艺中，金属熔体以极快的速度冷却，几秒钟内固化。这种超快速冷却产生了亚稳相，在传统制造中不会出现，捕捉原子形成新的结构，具有不同的特性。 成分和科学验证 团队仔细选择了添加到铝中的元素，以增强其内部结构而不牺牲可加工性。除了铁，他们还尝试了与铜、锰和钛的组合，并通过高分辨率电子显微镜验证了他们的预测。 最有前途的合金由铝、铁、锰和钛（Al-Fe-Mn-Ti）组成，结合了高温下的高强度和室温下的灵活性，优于其他3D打印的铝材。 另一个重要细节是：这些合金比传统的高强度铝更容易打印，后者在增材制造过程中通常会开裂或变形。更少的故障，减少浪费。 对移动和能源的潜在影响 这一进展的影响显而易见：使用这些合金可以制造出在高温下运行的轻质组件，如压缩机转子或涡轮机零件，以前需要使用更重或更昂贵的材料。 在汽车领域：减少车辆质量意味着在其整个生命周期内降低能耗。 在航空领域：轻质且耐热的铝开辟了发动机和辅助系统的新可能性，减少燃料和排放。 在能源领域：更高效、更耐用的涡轮机和混合系统零件。 未来设计框架 除了具体应用外，这项工作提供了一个从一开始就为3D打印设计的金属新设计框架，这可以加速多个行业的材料开发。 这些合金可以通过减轻重量而不影响安全性或耐用性，促进更高效的电动和传统移动性。此外，它们适合于一种工业模式，其中本地3D打印减少运输、不必要的库存和过度生产。 这些可回收且耐热合金的发展标志着全球工业的一个战略进步。从中期来看，它可以促进向更简单、可修复和优化的车辆过渡，零件设计完全符合其功能。 由于是可回收铝，确保了生产循环的闭合是可行的，巩固了一个应用于冶金的循环经济模型。

当前的能源模式依赖于有限且污染的资源，面临着一个紧迫的挑战：向清洁和可持续的能源转型。在此背景下，日本刚刚通过在沿海城市福冈启动其首个渗透能发电站，也称为 蓝色能源，迈出了历史性的一步。 这是全球第二个此类设施，使该项目成为全球创新和能源转型的标杆。 什么是渗透能？ 渗透能基于渗透的自然原理：淡水倾向于通过半透膜流向咸水以平衡浓度。这个过程产生的渗透压可以被引导来驱动涡轮机发电。 在福冈的工厂： 淡水来自处理过的废水。 咸水来自附近海水淡化厂的浓盐水。 产生的压力被转化为清洁且持续的电力。 与其他可再生能源的优势 蓝色能源的主要优势在于其稳定性。与太阳能或风能不同，它不依赖于气候条件或时间。 恒定：全年每天24小时可用。 可再生且环境影响低：不产生CO₂或污染物排放。 战略位置：安装在沿海地区，那里居住着世界上大部分人口。 这使其成为稳定电网并补充其他间歇性可再生能源的理想候选者。 福冈的生产和应用 虽然该工厂在大规模生产方面的能力有限，但预计每年将产生约880,000千瓦时的电力，足以为220个日本家庭供电。 其真正的价值在于其战略应用：电力将主要用于运营毗邻的海水淡化厂，创造一个循环经济的例子，在这里水和能源整合为一个可持续的循环。 渗透能的主要方法 有两种主要技术用于产生蓝色能源： 压力延迟渗透（PRO）：低压淡水缓慢渗透到高压咸水中，增加压力并驱动涡轮机。 反向电渗析（RED）：使用允许选择性通过离子（钠和氯）的膜，产生直流电流。 技术挑战 尽管有其优势，渗透能仍面临重要挑战： 高初始成本：投资和膜的成本高昂。 效率有限：膜可能会随着时间的推移而变脏或堵塞，降低性能。 然而，正在开发先进技术，如方法的组合和更高效的膜，以克服这些障碍并提高其竞争力。 当前状态和前景 日本和荷兰在渗透能的试点项目中处于领先地位。专家们相信，这种可再生能源将成为对抗气候变化的下一波浪潮，在需要紧急替代化石模型的世界中提供稳定和清洁的电力。 福冈工厂的启动标志着全球能源转型的一个里程碑。渗透能凭借其从盐度差异中产生持续电力的能力，被视为稳定电网和减少排放的战略解决方案。 尽管仍面临技术和经济挑战，但其改变全球能源格局的潜力巨大。日本证明了蓝色能源不再只是一个未来主义的想法，而是一个正在进行的现实。