波多黎各的高中生正在用化学来对抗气候变化

当气候科学家团队向世界各国政府发出求救信号时,一群年轻的化学家正在形成队形。

“太阳能大军”是一个由学生和研究人员组成的团队,探索如何从阳光和水中产生更清洁的能源。2009年,加州理工学院的哈里·格雷(Harry Gray)首次组建了“太阳能军队”,它最初是太阳能燃料创新中心的分支机构。学校的孩子们被邀请参加科学研究,探索太阳能和创造清洁燃料的新方法。

来自波多黎各大学的Jorge Colón在建立太阳能军的“加勒比旅”方面发挥了重要作用。“2011年,我在美国科学促进会(American Association for the Advancement of Science)的一次会议上听到哈里谈论太阳能军,不久之后,我给他发了一封电子邮件,说我很高兴能看到他的演讲。他直接回信让我去领导加勒比地区的一个新部门,我就去了。”

果汁换果汁

对于波多黎各的学生来说,这个项目的第一个体验是一个涉及黑莓的研讨会,叫做果汁换果汁.他们从水果中提取花青素,可以作为通常用于染料敏化太阳能电池(DSSCs)的染料的廉价替代品。

这些细胞模仿植物利用叶绿素通过光合作用将阳光转化为能量的方式。DSSCs中含有一种替代的吸光染料和一种可以携带电荷的金属氧化物,而不是叶绿素。

“从黑莓汁中,他们得到了‘果汁’,因为他们得到了电。Colòn解释道。“每个团队都制造了染料敏化太阳能电池,我们对每个电池都进行了测试,根据电压、电流和产生的功率进行测试,看哪个最好。”

自2011年以来,Colòn的团队已经为5000多名学生举办了数十场研讨会。果汁换果汁也被证明是进一步合作的垫脚石。

“一些学生在第一次研讨会后变得非常热情,并选择参加科学博览会,尝试制造更好的染料敏化太阳能电池。Colón说。“例如,一些学生研究了来自波多黎各的热带水果,看看这些果汁中是否含有有用的分子,可以捕获太阳的能量。”

Colòn和他的研究实验室邀请了热情的学生到他们的实验室做实验和测量。他补充说:“有几个学生非常成功,在学校的比赛中获胜,甚至参加了地区和全国的比赛。”

教室里的清洁燃料

另一个课外研究项目邀请学生筛选混合金属氧化物作为电解水的催化剂。学生们使用加州理工学院开发的工具包,用不同的金属盐进行组合化学实验。Colòn说:“我们向学生们解释说,金属氧化物的混合物作为催化剂的性能比仅由一种金属氧化物制成的催化剂更好,而且元素周期表上的所有金属都有许多种组合和数百万种可能性。”

对于Colòn来说,这方面的推广尤其有益。“他们正在做的是真正的研究,他们正在学习如何做研究;不同的参数可以如何改变,以及这会如何改变我们的结果。”

可再生能源研究对波多黎各特别重要。“我们意识到我们在气候危机方面所面临的威胁,但我们也意识到我们仍在将资源投入到国家天然气中。如果我们在与天然气相关的基础设施上花费太多,那么我们将无法为向可再生能源所需的基础设施过渡提供资金。“但是Colòn看到了年轻一代在实现这一转变方面的积极性,每当他与学生团体交谈时,他都会定期招募新的志愿者加入太阳能军。

Colòn对太阳能军的参与也影响了他自己在国内对能源的一些选择。“2014年,我在家里安装了15块太阳能电池板,但当2017年飓风玛丽亚来袭时,我没有备份。我家里有四个月没有电,但现在我装上了电池。当我让学生参与外展活动时,我会告诉他们我的经历。”

前行

Colòn的下一个计划是将太阳能军队扩展到加勒比地区的其他国家,这样更多的学生就可以受到该项目的影响。“我真的参与了2010年地震后立即启动的海地科学项目。所以,我有一个目标,希望有一天能去海地举办关于太阳能和相关问题的研讨会。他们对多米尼加共和国也很感兴趣,所以现在我想找到资金,把我们的业务扩大到这些国家。”