人工光合作用是可再生能源的圣杯吗？

时间：2021-05-25 16:16:07 来源：

数字世界新的淘金热与可再生能源有关。不仅如此，它还涉及使这种能量可靠，这意味着找到不仅可以生成它，而且可以在不需要时存储并在需要时释放它的方法。

像许多其他具有开创性的发明一样，科学家们也转向了对自然的灵感。

我们的星球以及我们占主导地位的物种所消耗的能量来自太阳的一种或另一种形式。但是，除了太阳能（当提到太阳时，太阳能可能是想到的第一个能源）之外，还有另一种利用其能量的方法：光合作用。

光合作用是植物利用太阳光将二氧化碳和水转化为葡萄糖的过程。多年来，科学家一直在尝试复制该过程，最终的结果是电而不是葡萄糖，尽管实验室中都包含了这些技术，但他们已经取得了一些显著成就。

今年早些时候，美国能源部宣布将在未来五年内提供高达1亿美元的资金，用于人工光合作用的研究。

美国能源部科学事务副部长保罗·达巴（Paul Dabbar）在新闻稿中说：“阳光是我们最基本的能源，直接从阳光中产生燃料的能力有可能改变我们的能源经济并大大增强美国的能源安全。”

确实，直接利用太阳光发电将增强任何国家的能源安全，特别是缺乏存储大量未使用能量所必需的基础设施的发展中国家的安全，Dyllan Furness for Digital Trends写道。Furness采访了几位从事人工光合作用的研究人员，以阐明最新的发展，尽管要使这种技术成为太阳能或风能的主流还需要相当长的时间，但它确实有很大的希望。

那么，人工光合作用如何工作？首先，它使用太阳能电池代替叶绿素来吸收阳光并将其转化为电能。人造“叶子”还使用人造或有机催化剂将空气中的水分解为氢气和氧气。换句话说，人工光合作用不仅可以产生一种燃料，而且可以产生两种燃料：电和氢。

两年前，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室（Berkeley Lab）和人工光合作用联合中心（JCAP）的研究人员发表了一篇有关新型太阳能电池的论文，该论文可以做到这一点：从空气中吸收二氧化碳和水，利用阳光将它们转化为电能和氢气。

另一个研究小组专注于某些细菌中的叶绿素分子，该细菌可以吸收光谱中红外部分的光。应用于人工光合作用，这可以提高过程效率，这是使该技术可行的关键之一。

这些只是实验室在人工光合作用上所做的两个例子，旨在改善自然环境，因为正如该领域的一位研究人员告诉《数字趋势毛皮》所说，植物并不是精确地将阳光转化为能量的最佳方法。

“（植物）应该是黑色的，而不是绿色的，以吸收太阳光谱中的大多数颜色，”加州理工学院的化学家，JCAP的首席研究员内森·刘易斯说。“而且他们还有其他限制。他们足够出色，可以完成生物学所需的功能。”

但是，对于人类而言，我们需要更好的东西：更高效，更快的转换过程。自然光合作用的一种这样的替代物是一种配备有太阳能电池的篷布，该篷布可以在任何平坦的表面上铺开以吸收水和光。然后将防水布放入装有催化剂的罐中，将CO2转化为可立即存储或使用的化学燃料。

这听起来有些牵强，光合作用，防水油布，催化剂罐，但科学家和能源部似乎认为，它可能成为我们应对气候变化的武器库中的又一武器。并不断改进太阳能电池。

一个国际科学家团队最近宣布了薄型太阳能电池方面的突破。他们的薄膜电池效率与传统太阳能电池相同，为25％。这将使新电池非常适合屋顶安装和建筑物的其他太阳能系统，但同时也表明了一种趋势：使太阳能电池尽可能薄，以增加其多功能性。

如果要进行人工光合作用，那肯定会受益于太阳能电池的这一趋势。它还将受益于不断发展的包括氢存储在内的储能技术。协调如此多的研究领域是一项艰巨的任务，但最终，共同的目标可以使所有这些工作都奏效。我们可能会看到一生中以可再生能源为主导的世界，当然，它会以所有可利用的方式利用太阳的力量，而且无排放。

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