氣候變化加劇了極端天氣事件風(fēng)險，進而對人類健康和食品安全產(chǎn)生重大影響。聯(lián)合國兒童基金會敦促各國在2030年前將二氧化碳排放量減少45%，并將全球平均氣溫升幅控制在1.5°C¹以內(nèi)。然而，各國政府在實現(xiàn)這一目標(biāo)過程中卻步履維艱。《聯(lián)合國氣候變化框架公約》警告稱，照此情形，到本世紀(jì)末全球平均氣溫可能會上升2.7攝氏度�？茖W(xué)家們表示，氣溫每升高1攝氏度，發(fā)生極端熱浪、洪水和干旱的可能性就越高[1]。
 
在2021年底召開的第26屆聯(lián)合國氣候變化大會（COP26）上，一系列討論進一步向全球各國組織和政府機構(gòu)放出緊迫信號——我們必須迅速采取行動，解決主要環(huán)境問題，例如溫室氣體排放量增加等，以及通過開發(fā)替代能源以逐步淘汰煤炭能源。
 
可持續(xù)發(fā)展是安捷倫在業(yè)務(wù)運營中所秉持的核心價值觀的核心，為了實現(xiàn)當(dāng)前的全球氣候目標(biāo)，安捷倫一直與環(huán)境領(lǐng)域的主要研究人員緊密合作，共同創(chuàng)建一個更清潔、更安全的世界。
 
近日，憑借行業(yè)領(lǐng)先的創(chuàng)新技術(shù)，安捷倫全球的客戶正致力開展一系列極具吸引力的項目。我們與其中兩位客戶分別進行了一場深入的對話，他們分別是:
 

• 北京光合新能科技有限公司首席執(zhí)行官兼首席技術(shù)官 王琮博士 
• 英國國家物理實驗室（NPL）高級研究科學(xué)家 Thomas Bacquart博士

 
 
與王琮博士的對話
 
問：光合新能有哪些研究目標(biāo)？
答：我們的研究旨在開發(fā)與下一代可再生能源密切相關(guān)的技術(shù)，同時匯聚來自中國和世界各地的知名專家。我們一直致力于實現(xiàn)等離激元人工光合碳中和燃料的商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化，為世界提供清潔的新型能源，減少二氧化碳排放，創(chuàng)造新的經(jīng)濟增長機會。
 
問：您所從事的研究將如何造福社會，讓社會朝著更可持續(xù)的生活方式邁進？
答：我們的技術(shù)可以實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，同時實現(xiàn)低成本的能源和材料再生，這對社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。通過將我們的技術(shù)商業(yè)化，相關(guān)應(yīng)用可以吸收大量的二氧化碳，而且一步就可將太陽能和水轉(zhuǎn)化為低成本的碳中和燃料或原材料�？紤]到應(yīng)對氣候變化問題，這將是一個具有重大意義的過程。
 
問：安捷倫設(shè)備在貴司的等離激元人工光合碳中和燃料（Plasmonic Carbon-Neutral-Fuel Artificial Photosynthesis）的研究中發(fā)揮了怎樣的核心作用？
答：氫氣、甲烷和氧氣是等離激元人工光合反應(yīng)的重要產(chǎn)物。這些產(chǎn)物的產(chǎn)率和生成速率不僅是催化劑和反應(yīng)條件的良好指標(biāo)，也是反應(yīng)機理的良好指標(biāo)，可從根本上幫助我們了解合成工藝、組成成分等因素對所標(biāo)示的催化劑的影響。氫氣、甲烷和氧氣都屬于小分子，很難通過傳統(tǒng)的氣相色譜或氣相色譜/質(zhì)譜系統(tǒng)在較短時間內(nèi)對它們進行測定。可喜的是，安捷倫Micro GC便攜式微型氣相色譜儀可以快速和同時檢測氣體產(chǎn)物的濃度，因此，在進行連續(xù)反應(yīng)時，我們可以實時檢測濃度。這些結(jié)果對未來的動力學(xué)分析有著重要的意義，因此在這個過程中高效的儀器必不可少。
 
問：光合新能將便攜式分析設(shè)備作為首選，這對貴司的人工光合研究有何裨益？
答：目前，Micro GC（便攜式微型氣相色譜儀）可以較快提供對氫氣和甲烷檢測的反饋，這在需要對大量樣品進行檢測時尤為有用。此外，Micro GC微型氣相色譜儀的入口對所連接的反應(yīng)器施加負(fù)壓，使氣體樣品能夠從反應(yīng)器中“抽取”,并在常壓（1大氣壓）和室溫下對反應(yīng)進行更精確的量化分析。事實上，這種微型氣相色譜儀的分析過程約為2分鐘，準(zhǔn)備時間約為10秒，而常規(guī)氣相色譜儀系統(tǒng)（在我們的研究中也被用于測量氫氣和氧氣）的分析過程約為5分鐘，準(zhǔn)備時間約為30分鐘。
 
此外，隨著催化劑實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，氫氣和甲烷可能會成為我們的兩大主要產(chǎn)品。在這種情況下，便攜式設(shè)備使我們能夠在無法使用傳統(tǒng)的GC/LC的場景下，分析這些產(chǎn)物的濃度，以便我們可以在工業(yè)環(huán)境中評估其催化活性。
 
問：您希望利用未來的技術(shù)來解決貴公司在研究中持續(xù)面臨的哪些挑戰(zhàn)？
答：人工光合碳中和背后的過程非常復(fù)雜，我們在其中遇到了許多挑戰(zhàn)。我們面臨的一個關(guān)鍵問題是，這種機制包括我們尚未了解的一系列反應(yīng)。研究這一反應(yīng)機理是了解反應(yīng)過程的必要步驟，對于選擇活性高、選擇性高、壽命長的催化劑（甚至包括反應(yīng)器）等都具有重要的指導(dǎo)意義。然而，一些中間產(chǎn)物（其中大部分是自由基）由于活性過高而難以被“捕捉”，而且非常容易被淬滅，因此使得這類產(chǎn)物的量化面臨著巨大的挑戰(zhàn)。我們希望，在未來，原位檢測技術(shù)不僅能夠幫助我們實時測定這些中間產(chǎn)物在液相中的濃度，而且也能夠?qū)崟r測定其在氣相中的濃度，這樣我們就可以描繪出清晰的人工光合作用機制。
 
問：能否談?wù)?/strong>您如何看待這一研究領(lǐng)域在未來的發(fā)展前景？
答：目前，我們的等離激元人工光合碳中和燃料的商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)主要集中在氫氣和甲烷產(chǎn)物上。未來，我們預(yù)計將我們的等離激元催化技術(shù)用于從大氣中生產(chǎn)氨、氨基酸和蛋白質(zhì)�；�于我們目前的了解，這可以通過類似的催化過程來實現(xiàn)，即使用二氧化碳和/或其他普通化學(xué)品作為原材料，而生成的產(chǎn)物將被視為“可再生能源”。
 
可再生能源領(lǐng)域和碳中和能源領(lǐng)域高度相關(guān)，而等離激元人工光合則可能成為這兩個領(lǐng)域最前沿的發(fā)展方向之一。越來越多的組織、機構(gòu)和大學(xué)院校可能會看到這一領(lǐng)域的好處，而這將有助于推動該研究領(lǐng)域的進步。如果我們能夠?qū)崿F(xiàn)絕對的碳中和，那么我們將能夠以較低的成本提供可再生能源，這意味著我們將可以在無需舍棄太多工業(yè)成就的情況下，迎來新一輪能源革命。
 
與Thomawes Bacquart博士的對話
 
問：您在英國國家物理實驗室的研究目標(biāo)有哪些？
答：英國國家物理實驗室作為英國國家測量基準(zhǔn)研究中心，負(fù)責(zé)國家主要測量標(biāo)準(zhǔn)的制定和維護工作。憑借過硬的科學(xué)知識和工程技術(shù)，NPL提供的測量能力為英國的經(jīng)濟繁榮和生活質(zhì)量提供了支撐。目前我的主要工作是制定關(guān)于氫氣質(zhì)量和氣體檢測的主要標(biāo)準(zhǔn)，這對支持新興的氫氣經(jīng)濟是必不可少的。我們從事跨領(lǐng)域的研究活動，支持包括儀器驗證、氣體標(biāo)準(zhǔn)、能力測試、采樣或咨詢等在內(nèi)的整體氣體分析組合。
 
問：您所從事的研究將如何造福社會，讓社會朝著更可持續(xù)的生活方式邁進？
答：我們的主要研究目標(biāo)是為氫氣解決方案的部署提供支持。我們認(rèn)為，了解氫氣的質(zhì)量對于開發(fā)最有效和最可靠的解決方案至關(guān)重要。此外，我們重視測量精度，這是確保決策者們支持合適解決方案的關(guān)鍵。隨著氫氣行業(yè)的發(fā)展壯大，圍繞氫氣網(wǎng)絡(luò)、凈化、工業(yè)用氫氣質(zhì)量和新型制氫技術(shù)等方面涌現(xiàn)了許多令人振奮的全新研究課題。目前，我們主要關(guān)注氫氣運輸領(lǐng)域，因為污染物會對燃料電池電動汽車造成較大影響。
 
問：能否請您解釋一下，為什么說氫氣是能源領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)零碳排放的關(guān)鍵？
答：氫氣是一種能源載體——生產(chǎn)氫氣的方法有多種，在我們的工作中，間接獲得的可再生能源非常重要。能源可以通過電解轉(zhuǎn)化為氫，氣態(tài)氫可以被長期儲存或遠距離運輸。因此，我們可以在合適的時間和合適的地點將這種綠色能源送達終端用戶，而氫氣在可再生能源生產(chǎn)和使用之間架起了橋梁。氫氣可以用來為電動汽車提供動力（使用燃料電池）、替代備用發(fā)電燃料（目前是柴油）或者用來取代天然氣進行供暖，而且以上應(yīng)用均不會產(chǎn)生排放。這種能源具備的優(yōu)勢可以帶來較大有利影響，因為氫氣可以輕松地為那些難以實現(xiàn)零碳排放的領(lǐng)域提供支持。
 
問：氣體標(biāo)準(zhǔn)和分析方法的發(fā)展是如何確保所供氫氣質(zhì)量良好以實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型？
答：氫燃料質(zhì)量對于確保氫燃料電池電動車的耐用性至關(guān)重要，因為一些污染物可能會對這些車輛的使用壽命或性能造成嚴(yán)重影響。與任何其他燃料一樣，確保為客戶提供合適的質(zhì)量十分重要。我們制定的所有氣體標(biāo)準(zhǔn)和分析方法確保實驗室能夠開展測量工作，從而增強人們對車輛耐用性和性能的信心。在此階段，擁有清潔的氫氣以及車輛具備出色的性能至關(guān)重要。
 
問：您使用了哪些安捷倫儀器來支持您在該領(lǐng)域的研究，為什么？
答：在NPL，我們使用多款安捷倫儀器對氫氣質(zhì)量進行檢測。例如我們使用三臺配備各種檢測器的氣相色譜儀（一臺硫化學(xué)發(fā)光檢測器（SCD）、一臺熱導(dǎo)檢測器（TCD）和一臺脈沖放電氦離子化檢測器（PDHID），用于精確測量多個與氫燃料有關(guān)的關(guān)鍵參數(shù)（例如，總硫量、氧、氮、氬、氦或一氧化碳、二氧化碳或甲烷等）。這些儀器通過實現(xiàn)化合物的分離和較低的檢測限度，為我們的相關(guān)研究提供了支持。
 
問：您如何看待這一研究領(lǐng)域未來的發(fā)展前景，這可能會對其他行業(yè)乃至整個社會產(chǎn)生什么樣的影響？
答：這一領(lǐng)域的研究正以驚人的速度發(fā)展，隨之而來的是加氫站數(shù)量迅速增加，同時氫氣產(chǎn)量也大幅增加。業(yè)界也日益意識到，有必要了解氫氣質(zhì)量（如增加檢測次數(shù)及提升檢測能力）、氫氣作為一種能源載體及其支持新應(yīng)用（如渦輪機、鍋爐）的潛力以及需要脫碳的新產(chǎn)業(yè)（如鋼鐵、陶瓷）。因此，在檢測方面出現(xiàn)了新的挑戰(zhàn)，所以有必要為這一領(lǐng)域的研究提供支持，以幫助社會向更可持續(xù)的生活方式過渡。
 
 
尾聲 
實施可持續(xù)能源解決方案是確保全球眾多組織能夠?qū)崿F(xiàn)其既定目標(biāo)的關(guān)鍵，并將在未來幾年徹底改變社會生活方式，使之變得更加美好。各企業(yè)和政府組織都有責(zé)任實施切實可行和可持續(xù)的能源解決方案，以保持和改善人類健康。
 
安捷倫的客戶在替代能源領(lǐng)域的投入可促使人們實現(xiàn)更健康的生活方式，而這將有助于保護環(huán)境和生物多樣性。通過專注于相關(guān)研究以及為該領(lǐng)域的工作提供支持以促進技術(shù)進步，生命科學(xué)行業(yè)將會發(fā)揮更為廣泛的作用，確保我們的社會變得更加可持續(xù)。顯而易見，在世界各地研究機構(gòu)的幫助下，我們正在朝著全球可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)穩(wěn)步前行。
 
 
關(guān)于安捷倫科技
安捷倫科技公司（紐約證交所：A）是生命科學(xué)、診斷和應(yīng)用化學(xué)市場領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者，致力于提供敏銳洞察與創(chuàng)新，幫助提高生活質(zhì)量。我們的儀器、軟件、服務(wù)、解決方案和專家能夠為客戶最具挑戰(zhàn)性的難題提供更可靠的答案。在 2021 財年，安捷倫的營業(yè)收入為 63.2億美元，全球員工數(shù)為 17000 人。如需了解安捷倫公司的詳細信息，請訪問www.agilent.com。
 
 

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[1] 情況介紹：《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第26次締約方大會——兒童與氣候變化（unicef.org）