香港城市大学赛马会循环生物经济STEM实验室近日在可持续发展技术领域取得突破性进展。由实验室主任、香港城市大学机械工程学系Professor Lee Duu-Jong领导的研究团队,成功开发出一种受生物启发的全天候建筑表皮材料,可在阳光下实现降温并在雨天收集能量;同时还研发出一种利用低成本铜离子驱动的“涡轮增压”太阳能制氢系统。这些创新成果为城市节能和清洁能源生产提供了变革性路径,进一步体现了实验室致力于将前沿科研成果转化为实际社会效益的使命。
在Professor Lee Duu-Jong的带领下,实验室致力于推动传统“获取—制造—废弃”的线性经济模式向循环生物经济模式转型。
Professor Lee Duu-Jong表示:“循环生物经济的核心在于构建闭环系统,使资源能够在生产和消费全过程中持续循环利用。”
受空气凤梨叶片层状结构的启发,机械工程学系博士生Zeng Yijun开发出一种名为BRIDGE Skin的可喷涂全天候建筑涂层。该技术可应用于建筑外围护结构,包括屋顶和墙体,利用免费的自然资源,在不断变化的天气条件下同时实现节能和发电。
在晴天条件下,该涂层能够反射超过95%的太阳辐射能,并将储存的热量以红外辐射形式释放至外太空,从而使表面温度最高可比环境温度低9.5℃,显著降低空调系统的用电需求。
在降雨时,雨滴撞击表面会产生电脉冲,其产生的能量足以直接驱动小型液晶显示器(LCD)或无线传感器等设备。
传统上,在材料中集成电极和能量收集层往往会削弱其反射阳光和散热的能力。受空气凤梨分层结构启发,研究团队成功突破了这一限制。通过采用分层设计,外层负责与雨滴接触,加速水滴流动并实现自清洁;内部各层则负责太阳光反射、热量散发以及电荷储存,从而在不产生性能折中的情况下实现最高效率。
此外,该涂层可直接喷涂的特性使其相比传统刚性发电设备更容易应用于既有建筑改造,展现出巨大的实际应用价值。
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另一项突破成果是由机械工程学系博士后研究员Dr Mak Chun Hong开发的闭环、全天候、环保制氢系统。
目前传统制氢工艺高度依赖铂等昂贵且稀缺的贵金属,因此难以实现大规模生产。研究团队成功以储量丰富、价格稳定且成本低廉的铜离子替代铂,从而激发出一种高效的动态化学反应,甚至在智能手机手电筒的微弱光照下也能够产生氢气。
该系统通过引入铜离子建立自我再生循环,实现持续制氢的同时对化学废弃物进行循环利用。其关键在于捕获一种短暂存在的铜氢化物中间态,使其能够在光照条件下储存能量,并在黑暗环境中继续释放氢气,实现全天候持续生产绿色燃料。
Professor Lee Duu-Jong 将这一系统比作一种“化学涡轮增压器”,利用铜作为动力增强剂。这项突破为未来实现低成本、可规模化、全天候运行的零排放燃料生产奠定了基础。
Professor Lee Duu-Jong 强调,这些经济高效且具备自循环能力的技术将为香港及粤港澳大湾区提供关键的清洁能源缓冲能力,提高地区应对全球能源市场波动的韧性。实验室致力于开发促进高密度城市环境资源循环利用的关键技术,最大限度发挥建筑空间的价值。
Professor Lee Duu-Jong 表示:“赛马会循环生物经济STEM实验室将继续推动科研成果向实际应用转化。通过科研界、学术界和产业界的合作,我们希望建立产业联盟,充分发挥香港城市大学的科研优势,共同打造低碳、循环型智慧城市,直接服务国家‘十五五’规划以及香港《气候行动蓝图2050》的碳中和目标。”
(素材来自:香港城市大学 全球氢能网、新能源网综合)
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