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人工光合作用：复制大自然，打造绿色能源的未来

时间：2021-06-13 17:16:09 来源：

有时候，自然母亲最了解。当利用太阳的力量时，科学家正在开发模仿自然界发现的过程的系统。

消费电子巨头松下的科学家最近开发了一种人造光合作用系统，该系统可以为农业和纺织工业创造有用的工业化学品。

该系统的关键是氮化物半导体和金属催化剂。这两个过程分两步进行，产生能量并捕获二氧化碳并将其转化为甲酸。

甲酸在牛和家禽业中用于保存饲料，也用作抗菌剂。它也用于清洁产品和皮革生产，纺织品的染色和后整理以及在橡胶生产中的凝结剂。

因此，在松下的人造光合作用系统中，光在水中发光，并撞击氮化物半导体，引发水分解反应，将水分子分为氢和氧两个成分。

然后，金属催化剂引发另一种称为二氧化碳还原的反应，并且还将其还原成其各自的元素。碳，氧和氢结合生成甲酸。

松下设想在系统中使用这种人造光合作用技术，该系统将捕获并转化来自焚烧炉，发电厂或其他工业来源的二氧化碳，以从“废物”中创造有价值的资源。这还具有使工业二氧化碳不能进入大气层并促进世界排放水平上升的附加好处。

当前，该系统可以以0.2％的转化率将二氧化碳转化为甲酸。尽管这可能不足以用于商业用途，但它比任何其他类似技术都高。松下还认为，由于反应速率与光功率成正比，因此该设备易于扩展。集中或增加光转化水平应增加甲酸的产生。

松下的最新技术突破实际上是尝试复制自生命首次出现在地球上以来植物和某些其他生物（例如藻类和细菌）一直在进行的过程。

使用和储存太阳作为燃料

植物，藻类和细菌是光合生物，这意味着它们可以捕获和转换通常来自太阳的光能并将其转换为可存储的燃料。通过光合作用，这些生物可以利用二氧化碳和水创造自己的食物。光合作用不仅使生物体得以生存和生长，而且还使地球上的生物得以生存。光合作用产生氧气，将其作为“废物”，然后释放到大气中。

人工光合作用的基本思想是，仅使用阳光作为能量输入，就可以产生有用的东西。通常，所产生的东西称为太阳能，它可以产生并存储日光的能量以备后用，但是，它们还致力于创造其他有用的化学物质和产品-就像松下使用其制造甲酸一样。

减少光化学性二氧化碳是Panasonic能够做到的总称-由二氧化碳，水和阳光产生有用的化学物质。

该领域的大部分研究都集中在燃料产品的生产上，例如一氧化碳，甲醇和甲烷。这些碳基燃料不像甲烷那么清洁和绿色，但排放量较低。同样，对该技术的大多数研究都涉及碳捕获的使用，其想法是该过程中使用的二氧化碳将从化石燃料燃烧技术中捕获。

人造光合作用的主要研究领域是氢的产生。光催化水分解是研究用于氢燃料生产的主要方式之一。基本上，使用阳光和催化剂将水分离成氢和水的组成部分。氢气然后可以用作清洁的可再生燃料。

1950年代首次证明了水的分解，最近一直在复兴。到目前为止，最有前途的设备是麻省理工学院开发的“人造叶子”。这基本上是硅太阳能电池，在其两侧结合了不同的催化材料。当放置在盛有水的容器中并暴露在阳光下时，会产生两股气泡，其中一股是氧气，另一股是氢气。

这些太阳能产生的产品（燃料和化学药品）的最大吸引力在于，即使没有阳光，它也是一种利用太阳能的方法。太阳能的挑战之一是在几乎没有阳光时该怎么办。

为了使太阳能成为世界能源结构中广泛的实用组成部分，新的存储技术至关重要。通过人工光合作用，科学家们正在寻找过去地球上完美的自然过程，以寻找创造人类未来燃料的方法。

卡特里斯·贾布尔纳（Katrice R.


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