为什么太阳能机器人能够“消化”二氧化碳和水

我们都知道，绿色植物能够借助于太阳光，使二氧化碳和水形成碳水化合物并释放出氧气，这就是光合作用过程。有趣的是，美国和瑞士科学家从植物的光合作用原理中获得灵感，研制出一种太阳能机器人，竟然也能够将二氧化碳和水“吃”进肚里，“消化”后排放出氧气和燃料！这种太阳能机器人是怎样完成类似光合作用的过程的呢？

实际上，这种太阳能机器人就是一套太阳能热化学循环反应系统。这个系统由太阳能收集窗和热绝缘空腔两部分构成，利用石英窗和特殊孔洞将太阳光线聚拢到空腔里，在空腔里有一块特制的多孔二氧化铈，腔的两边通道可以注入二氧化碳、水等物质，腔底端的通道用于排出氧气或燃料。铈是一种稀土元素，在加热和冷却过程中，铈结合氧原子的能力会呈现出差异。形象地说，在降温时，两个铈原子能抓住四个氧原子，化学上称为“氧化反应”；而在升高温度时，两个铈原子只能抓住三个氧原子，叫作“还原反应”。

太阳能热化学循环反应系统

起初，两个铈原子抓着四个氧原子，可是当系统装置将收集的太阳光聚焦到多孔二氧化铈上时，它很快就被加热到1000℃以上，在这样的高温下，每两个铈原子只有能力抓住三个氧原子了，多余的一个氧原子就被释放出来了，形成了排出大量氧气的现象。

随后，再向系统装置里导入二氧化碳或水。这时，温度降低，每两个铈原子又有能力抓住四个氧原子了，可是所需的一个氧原子从哪里来呢？二氧化碳或水分子中都有氧，结果就是其中的某一种分子被“剥夺”了一个氧原子。两个铈原子“如愿以偿”地拥有了四个氧原子，而失去一个氧原子的二氧化碳或水分子，就变成了一氧化碳或氢气，并从系统底部的通道排出。

上述过程持续循环地进行，在温度为媒介的变化条件下，利用金属铈结合氧原子能力的不同，将太阳能转化为“可储存”和“可移动”的能量，实现了太阳能机器人“喝”水、“吃”二氧化碳、“消化”后排出燃料的过程。（杨平雄）