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人工光合作用：一种新的可再生能源？

时间：2022-02-14 18:16:26 来源：

一个国际科学家团队为可持续燃料的未来取得了重大突破。他们通过复制地球上一些最清洁能源生产商的方法（植物），实现了这一重要里程碑。剑桥大学和波鸿鲁尔大学的科学家发现了一种模仿植物光合作用的自然过程的新技术，该技术可用于生产氢燃料，一种极其清洁（二氧化碳排放量为零）且实质上不受限制的能源。

在《自然能源》科学杂志上发表的一篇论文中，科学家团队解释了他们的原理证明方法，该方法利用阳光将水分子分解成由氢和氧原子组成的单个氢原子和氧原子。该技术反映了光合作用，这是自然过程，其中植物在将阳光转化为能量以供养时分解水分子。该研究的主要作者埃文·赖斯纳（Erwin Reisner）告诉《新闻周刊》说：“太阳能转化为可再生燃料和化学物质（即太阳能合成）是在后化石时代为社会提供动力的重要战略。时代。”

人工光合作用本身并不是革命性的，实现这种效果的技术已经存在了数十年。使这一新发现如此重要的原因是其部分是人为的，部分是自然的方法。这是首次专门模拟人造光合作用方法以生产可再生能源的方法。

完全人工光合作用是一个复杂的过程，需要使用有问题的催化剂材料，这些催化剂材料难以操作并带来重大挑战。这些催化剂中的许多催化剂要么太昂贵，有毒，要么效率低下，因此尽管它们可以在实验室中使用，但对于任何大规模使用或商业应用来说都是不现实的。相比之下，天然存在的酶既丰富又高效，使其成为可持续太阳能合成的理想解决方案。

剑桥大学和鲁尔大学波鸿分校的团队主要使用氢化酶，这种酶在藻类中一直处于休眠状态已有数百万年之久。氢化酶与合成色素结合，激发阳光将水分解成氢和氧。正如Reisner解释的那样，该小组正在尝试“通过结合自然界和人工世界的精华，并建立高效，丰富的生物催化剂（例如酶），并将其与太阳能设备中的合成材料结合起来，以建立高效的研究新路线。太阳能合成。”

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天然光合作用虽然非常有效，但仍有很多改进的余地。植物只会沿着阻力最小的路径产生维持生存所需的最低电量。实际上，它们仅产生潜在转换或存储的能量的百分之一或百分之二。考虑到这一点，剑桥-鲁特（Cambridge-Ruht）团队致力于提高植物在数十亿年的进化过程中已逐步淘汰的高能效过程。这就是促使科学家追求长期休眠的氢酶的原因。他们的半人工原型，是第一个，当然不是最后一个，已经能够利用更多的太阳光谱。

这项突破性的研究仅仅是迈向商业化的更长过程的开始。新工艺仅仅是一个原型，为氢燃料和光合作用研究的新时代打开了大门，这将导致清洁，可持续燃料的更大突破。

这一研究领域只是全球许多科学家探索的众多途径之一，这些科学家致力于寻找化石燃料迫在眉睫的解决方案和对清洁能源的迫切需求。就在一个月前，一组中国科学家通过发现一种增加液体太阳能燃料合成规模的方法，在太阳能生产方面取得了同样令人兴奋的进步。同时，Attis Industries与大邱庆北科技大学合作，致力于将二氧化碳和水高效转化为旨在与当前基础设施兼容的碳氢化合物燃料，阿姆斯特丹大学发现太阳能可以与之竞争。到2030年代使用传统化石燃料。


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