每日科学2011年1月19日报道，使用一种普通金属，就是最著名、见于自洁烤箱中的一种金属，索斯娜·海珥（Sossina Haile）有望改变我们能源的未来。这种金属就是氧化铈（cerium oxide）或铈土（ceria），它是一项充满希望的新技术的核心，这项技术由海珥和她的同事开发，可以集中太阳能，并用它来有效地把二氧化碳和水转化为燃料。

　　太阳能一直受到吹捧，因为可以解决我们的能源困难，但是，尽管它是丰富和免费的，但不能装在瓶子里，从阳光明媚的地方送到阴郁但能源匮乏的地方，就是世界其他地方。这个工艺的开发者是海珥，他是加州理工学院（Caltech）材料科学与化学工程教授，她的同事也参与开发，这个工艺就能做到这一点。

　　研究人员设计并制造了一个两英尺高的原型反应器，这个反应器有一个石英窗口，还有一个空腔，能吸收集中的太阳光。聚光器的作用“就像放大镜，就是你小时候用的那种”，它可以聚集太阳光线，海珥说。

　　反应器的核心是一个圆柱形的氧化铈衬套。氧化铈是一种金属氧化物，常用于自洁烤箱内壁，可以催化反应，分解食品和其他粘上去的黏糊糊的东西，就是这种铈土推进了太阳能驱动的反应。反应器充分利用了氧化铈的性能，“呼出”的氧气源自其结晶框架，温度非常高，然后，再“吸入”氧气是在较低温度。

　　“特别之处是，这种材料不会释放所有的氧气。这有助于材料结构保持原状，因为氧气会离开，”海珥解释说。“当我们使它冷却下来时，这种材料在热力学上的偏好状态就使它把氧气又吸进了结构。”

　　具体来说，吸入的氧气来自分解二氧化碳（CO2）和水（H2O）的气体分子，因这种气体被泵入反应器，这样就产生了一氧化碳（CO）和氢气（H2）。氢气可用于燃料，就是氢燃料电池；一氧化碳结合氢气，可用于制造一种合成气体，或“合成气”（ syngas），这是一种原料，可制成液态烃（hydrocarbon）类燃料。把其他催化剂添加于这种混合气体，同时就可生产甲烷。而一旦铈土含氧量达到饱和，就可以被再度加热，这样，这一循环就可以重新开始。

　　为了使所有这一切起作用，反应器中的温度必须非常高，接近3000华氏度（1648.89℃）。在加州理工学院，海珥和她的学生达到了这样的温度，使用的是电炉。但对于真实世界的测试，她说：“我们需要使用光子，所以我们去了瑞士。”保罗·谢勒研究所（Paul Scherrer Institute）有高通量太阳模拟器（High-Flux Solar Simulator），研究人员和他们的合作者一起工作，他们的领导是 阿尔多·施泰因费尔德（Aldo Steinfeld），他是该研究所太阳能技术实验室的，他们把反应器安装在一个大型太阳模拟器上，这个模拟器提供的热量相当于1500个太阳。

　　实验是在去年春天进行的，海珥和她的同事实现了以最佳速度进行二氧化碳分解，是以前未达到过的，“提高了一个数量级，”她说。反应器效率不寻常的高，就这样进行CO2分解，部分原因，她说，“是因为我们使用了整个太阳光谱，而不只是特定的波长。”不像在电解中，速度不会局限于二氧化碳在水中的低溶解度。此外，海珥说，有高工作温度的反应器就意味着快速催化是有可能的，不需要使用昂贵和罕见的金属催化剂（铈，事实上是最常见的稀土金属，大约和铜一样丰富）。

　　在短期内，海珥和她的同事们计划改进铈土配方，这样，反应温度可降低，也计划再造反应器，提高其效率。目前，该系统只可利用不到1％的太阳能，它接收到的太阳能，大部分能量流失了，变为热，通过反应器内壁散发，或重新辐射出石英窗口。“我们设计反应器时，并没有做很多工作来控制这些损失，”海珥说。热力学模拟的实施者是论文主要作者、加州理工学院以前的研究生威廉?楚荷（William Chueh），模拟表明，效率达到15％或更高都是可能的。

　　最后，海珥说，这一工艺可以用于大型能源厂，使太阳能驱动的电力能够可靠地获得，白天和夜间都可以。车辆排放的二氧化碳可以被收集起来，并转化为燃料，“但这是困难的，”她说。有一个更为现实的计划，就是采集二氧化碳排放要从煤电厂进行，并将其转化为运输燃料。“你应该有效地使用碳两次，”海珥解释说。另外，她说，反应器可以用于一种“零二氧化碳排放”的循环：水和二氧化碳可转换为甲烷，这会驱动生产电力的发电厂产生更多的二氧化碳和水，这样就可以保持这一过程持续进行。

　　这项工作资金来自美国国家科学基金会，明尼苏达州（State of Minnesota）可再生能源和环境计划（Initiative for Renewable Energy and the Environment），以及瑞士国家科学基金会。