築波大學的研究團隊開發了一種新型高效系統，可以使用可重複利用奈米結構石墨烯把藻類生質燃料[1]中的水分去除，這將大大提高生態友好型生物燃料、藥物以及肥料的產量。
該團隊開創了一種利用奈米多孔石墨烯[2]和多孔石墨烯泡沫從藻類中收集能量和有機分子的新方法。該方法的核心是一種可重複利用的系統，可在不藉助於離心化或擠製的情況下來快速蒸發水。這項研究對於生產更清潔、更便宜、更高效的生物燃料、維生素和化學物質等方面應用具有巨大的潛在利用價值。
對於因應氣候變遷這個問題來說，藻類生質是一個非常令人興奮的研究領域，因爲這些光合微生物可以將來自太陽的發光能量轉化爲能量富集的生物分子。當藻類能夠以工業規模種植和生產時，這些能量富集分子可以轉化爲多種重要的化合物，包括生物燃料、藥物、omega-3膳食補充劑以及許多其它高價值生物製品。藻類還能夠隨着它們的成長來吸收二氧化碳，將傳統化石燃料轉換爲生物燃料有助於減量溫室氣體的淨排放。但是，微藻類培養物經常由低固含量（0.05 – 1.0 wt％）的水組成，透過固液分離技術來收集這些有機材料通常需要多個脫水步驟。
石墨烯結構，Rost9/Shutterstock 提供
現在，築波大學的研究者們發明了一種從藻類生質中去除水的新方法，而且該方法不需傷害要收集的易碎化合物。與以前藉助機械離心化或擠製的方法相反，這種方法只使用太陽照射以及可重複利用的奈米結構支撐材料。分層結構的奈米多孔石墨烯和多孔石墨烯泡沫爲將水從樣品内部深處向上拉緊出時提供了很多微小的通道。
該新開發的材料可以保存生質在吸收更多太陽能來蒸發水時免於過熱。「我們需要的是一種能夠吸收光，同時其比熱容量和導熱率較低，但仍具有親水性和多孔性，而且比表面積較大的材料。」 第一作者伊藤良一教授說，「幸運的是，氮摻雜的奈米結構石墨烯具有所有這些特徵。」 另一資深作者Andreas Isdepsky博士說道：「脫水程序的能效越高，生質所帶來的環境效益也就越高。」
引用文獻：
Advanced Sustainable Systems as 「Damage-Free Solar Dewatering of Micro-Algal Concentrates via Multifunctional Hierarchical Porous Graphene」
DOI: 10.1002/adsu.201900045
1. 藻類生質燃料（Algal biofuel）是以藻（Algae）作原料製成可以替代石化燃料的生物燃料。多國政府及私人公司已經投入資金研究減量其成本以使其能作商業應用。藻類燃料在燃燒時與石化燃料一樣會產生二氧化碳，但藻類在生長期間已在自然界吸收了二氧化碳，所以能達至減排二氧化碳的效果。
2. 石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2混成軌域組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的奈米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；導熱係數高達5300 W/m·K，高於奈米碳管和金剛石，常溫下其電子移動性超過15000 cm2/V·s，又比奈米碳管或硅晶體（monocrystalline silicon）高，而電阻率只約10-6 Ω·cm，比銅或銀更低，爲目前世上電阻率最小的材料。由於它的電阻率極低，電子的行程速度極快，因此被期待可用來隊形變換出更薄、導電速度更快的新一代電子元件或電晶體。石墨烯實質上是一種透明、良好的導體，也適合用來製造透明觸控螢幕、光板、甚至是太陽能電池。
供稿 鍾維
編輯修改 JST客觀日本編輯部
