创新发明促进可再生能源发展

香港城市大学（城大）材料科学家及其研究团队的两项重大发明，推进可再生能源领域的前沿研究，有助解决迫切的能源问题。

由材料科学及工程学系何志浩教授领导开发的两项发明，包括一部新颖的波浪能装置，既能发电又可减少空气中的二氧化碳；以及崭新的光电化学系统，可将太阳能转化氢气的效率提升两倍，而且成本减半。

在首项研究中，何教授及其团队研发出轻型波浪能驱动电化学二氧化碳还原系统，能够把海洋的波浪能转化为液体燃料甲酸。该系统有三个组件：弹簧辅助的球形摩擦纳米发电机，可将波浪的动能转化成电能；能源管理电路板连同超级电容器，用作暂存转化的电能；还有可将二氧化碳还原转化为甲酸的电化学装置。

「跟传统的电磁式波浪发电机相比，我们发明的摩擦纳米发电机重量较轻，可以浮于水面，对海洋生物和海床的影响减至最低，而且在风暴中也可使用，更具成本效益，」何教授说。 新发明的波浪发电装置能有效地将波浪能转化为电能。「甲酸是一种可在室温储存的液体燃料，运输比较安全和方便。更重要的是，我们研发的技术可以在能源转化过程中减少二氧化碳，即主要温室气体，有助对抗气候变化，」他说。

新技术可提升波浪能转换电能的效率，提高电力产能。何教授说：「长远来说，我们希望将效率再提高，让这项再生能源转换的发明减少人们对化石燃料的依赖。」

这项研究成果已于学术期刊《能源与环境科学》发表，题为「蓝色能源燃料：通过二氧化碳还原将海洋波浪能转化为液态碳燃料」。

为了进一步探索可再生能源的潜能，何教授与另一团队研发出崭新的光电化学系统，可将太阳能转化氢气的效率由一般的3%大幅提升至9%，转化的稳定性更由几分钟剧增至逾150小时，创下同类系统的最高纪录。有关研究成果早前在科学期刊《自然通讯》上发表，题为「通过磷化铟镓/砷化镓双重连接，建构太阳能转化氢气效率达9%的高效稳定光电化学系统」。

光电化学系统又称为人工光合作用系统，透过阳光及专门的半导体，将水分解为氧气及氢气。

何教授指出差不多所有现行的光电化学系统（例如矽与三五族半导体）均采用单面元件结构，故须在功能和表面保护之间作出取舍。半导体在水分解过程中会被腐蚀，因此大部分系统会在数分钟内失效。由于系统不稳定，加上成本高昂，致实际应用未能普及。

「我们的研究利用外延层剥离及转移技术，可善用装置的正背两面，并可重用基板。这样既可大幅提升系统的稳定程度和寿命，更可将成本锐减一半，令光电化学系统更具成本效益，」何教授说。  新发明的「人工叶」不需连接任何电力也可进行能源转化。研究团队更展示首个全整合独立运作无线三五族为本光电化学系统。这个「人工叶」系统无须连接电力也可作能源转化，把太阳能转化氢气的效率是接近6%。

「我认为这项突破有助减少将来进行相关研究的地域限制，」何教授说。