筑波大学的研究团队开发了一种新型高效系统，可以使用可重复利用纳米结构石墨烯把藻类生物质燃料[1]中的水分去除，这将大大提高生态友好型生物燃料、药物以及肥料的产量。
该团队开创了一种利用纳米多孔石墨烯[2]和多孔石墨烯泡沫从藻类中收集能量和有机分子的新方法。该方法的核心是一种可重复利用的系统，可在不借助于离心分离或挤压的情况下来快速蒸发水。这项研究对于生产更清洁、更便宜、更高效的生物燃料、维生素和化学物质等方面应用具有巨大的潜在利用价值。
对于应对气候变化这个问题来说，藻类生物质是一个非常令人兴奋的研究领域，因为这些光合微生物可以将来自太阳的光能转化为能量富集的生物分子。当藻类能够以工业规模种植和生产时，这些能量富集分子可以转化为多种重要的化合物，包括生物燃料、药物、omega-3膳食补充剂以及许多其它高价值生物制品。藻类还能够随着它们的生长来吸收二氧化碳，将传统化石燃料转换为生物燃料有助于减少温室气体的净排放。但是，微藻类培养物经常由低固含量（0.05 – 1.0 wt％）的水组成，通过固液分离技术来收集这些有机材料通常需要多个脱水步骤。
石墨烯结构，Rost9/Shutterstock 提供
现在，筑波大学的研究者们发明了一种从藻类生物质中去除水的新方法，而且该方法不需损伤要收集的易碎化合物。与以前借助机械离心分离或挤压的方法相反，这种方法只使用太阳照射以及可重复利用的纳米结构支撑材料。分层结构的纳米多孔石墨烯和多孔石墨烯泡沫为将水从样品内部深处向上拉出时提供了很多微小的通道。
该新开发的材料可以保护生物质在吸收更多太阳能来蒸发水时免于过热。“我们需要的是一种能够吸收光，同时其比热容和导热率较低，但仍具有亲水性和多孔性，而且比表面积较大的材料。” 第一作者伊藤良一教授说，“幸运的是，氮掺杂的纳米结构石墨烯具有所有这些特征。” 另一资深作者Andreas Isdepsky博士说道：“脱水过程的能效越高，生物质所带来的环境效益也就越高。”
引用文献：
Advanced Sustainable Systems as “Damage-Free Solar Dewatering of Micro-Algal Concentrates via Multifunctional Hierarchical Porous Graphene”
DOI: 10.1002/adsu.201900045
1. 藻类生物质燃料（Algal biofuel）是以藻（Algae）作原料制成可以替代石化燃料的生物燃料。多国政府及私人公司已经投入资金研究减少其成本以使其能作商业应用。藻类燃料在燃烧时与石化燃料一样会产生二氧化碳，但藻类在生长期间已在自然界吸收了二氧化碳，所以能达至减排二氧化碳的效果。
2. 石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/m·K，高于纳米碳管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体（monocrystalline silicon）高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。由于它的电阻率极低，电子的移动速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控萤幕、光板、甚至是太阳能电池。
供稿 钟维
编辑修改 JST客观日本编辑部
