人造树叶把二氧化碳转化成燃料
作者:哈维尔·加西亚·马丁内斯
2018-02-07 15:26:48

 

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人造树叶构想图

 人造树叶把二氧化碳转化成糖类的效率,远高于自然界的树叶。植物吸收的光能中,仅有1%用于生产葡萄糖,而在上述人工系统中,太阳能转化为化学能的效率可达约10%,这相当于每发1度电,就可以消耗180克二氧化碳。

从理论上说,人造树叶这个概念是行得通的。树叶利用太阳能,把二氧化碳转化成糖类物质,为细胞活动提供能量。几十年来,科学家不断尝试,希望设计出一种类似光合作用的过程,从而制造出可存储下来,供日后使用的燃料。这样就可以解决太阳能和风能行业目前遇到的一个主要问题——在没有阳光或风的时候,无法产生能量。

过去几年,众多研究者致力于研究人工光合作用的一种形式——光催化分解水,形成氧气和氢气,而氢气在很多绿色技术中都大有用处。要更进一步模拟光合作用,产生的氢气还要与二氧化碳发生氧化还原反应,生成糖类物质。这样才能像真正的树叶那样,只用二氧化碳、水和阳光就制造出燃料。如果成功,这将是一场能源革命,将使封闭系统成为可能(所谓封闭系统是指系统与环境之间只有能量交换,没有物质交换),在这样的系统中,排放出的二氧化碳会重新转化成燃料,而不是加剧温室效应。

一些研究人员正朝上述目标迈进。最近,一个研究小组宣布,他们可以在一个体系内同时分解水,并将二氧化碳转化成燃料,而且效率很高。在2017年6月的《科学》杂志上,美国哈佛大学的丹尼尔·G·诺切拉·A·希弗及同事,报道了这种生产液体燃料(具体来说是杂醇油,f usel al co? hol)的方法,人造树叶把二氧化碳转化成糖类的效率,远高于自然界中的树叶。

植物吸收的光能中,仅有1%用于生产葡萄糖,而在上述人工系统中,太阳能转化为化学能的效率很高,相当于每发1度电,就可以消耗180克二氧化碳。

研究人员将这种利用太阳能分解水的技术做了一些调整(设计成只使用生物可兼容材料,以避免产生有毒化合物),然后将“仿生树叶”与经过基因改造、能产生燃料的细菌组成一个系统,在这个系统中,细菌可以将二氧化碳(来自于空气中)和氧气(来自于仿生树叶)转化成液态燃料。令人惊奇的是,即便在二氧化碳浓度比较低的环境中,基因工程菌也能产生多种燃料和其他化学物质。

目前,研究人员正打算扩大试验规模,改用廉价易得的金属做催化剂。不过,要想实现商业化,研究人员仍需要大幅提高燃料产量。诺切拉称,自己的团队正在开发该技术的原型产品,并在和多家企业商谈合作事宜。

诺切拉认为,这项技术还有更广阔的应用前景。他发现,除了用于生产富含碳和氢的可再生能源,向该系统中添加另一种基因工程菌后,还可以直接在土壤中生成氮肥,在无法获取传统化肥的地方,可以用这种方法提高作物产量。

(张哲译,摘自《环球科学》)

(编辑:李树泉 责编:赵宇清)

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