利用太陽能新方法探索更進一步 利用半人工光合作用生產(chǎn)可再生能源

在研究人員通過改變植物的光合作用機制成功地將水分解為氫和氧之后，尋找利用太陽能新方法的探索又向前邁進了一步。

光合作用——

光合作用是地球上最重要的反應(yīng)之一，因為它幾乎產(chǎn)生了世界上所有的氧氣。它還激發(fā)了可能導(dǎo)致清潔能源生產(chǎn)的技術(shù)。

在此過程中，植物將水分子“分裂”成氧氣和氫氣，氫氣作為零排放燃料具有潛力，可以提供無限的可再生能源。

盡管人工光合技術(shù)已經(jīng)存在了一段時間，但它還無法用于可再生能源領(lǐng)域——人工光合作用過于依賴催化劑的作用，而這類催化劑往往過于昂貴或毒性較高。

半人工光合作用——

在發(fā)表在《自然能源》雜志上的一項新研究中，劍橋大學(xué)圣約翰學(xué)院的學(xué)者領(lǐng)導(dǎo)的一項最新研究，利用半人工光合作用探索生產(chǎn)和儲存太陽能的新方法。他們使用生物成分和人工技術(shù)的混合物，利用自然陽光將水轉(zhuǎn)化為氫和氧。新方法也成功地吸收了比自然光合作用更多的太陽能。

第一作者、圣約翰學(xué)院博士生卡塔茲娜?索科爾表示:“相比天然光合作用，新方法吸收的太陽光更多。天然光合作用效率不高，因為它只是為了生存而進化，只制造出滿足所需的最低能量即可，其轉(zhuǎn)化和存儲潛力僅發(fā)揮出1%—2%。”

原理證明方法——

這項研究是半人工光合作用新興領(lǐng)域的一部分，該領(lǐng)域的目標是通過利用酶來產(chǎn)生所需的反應(yīng)來克服完全人工光合作用的局限性，實現(xiàn)無人輔助的太陽能驅(qū)動的水分解。

她在研究論文中解釋說:“氫化酶是藻類中存在的一種酶，能夠?qū)①|(zhì)子還原為氫。在進化過程中，這一過程已經(jīng)停止了，因為這不是生存的必要條件，但我們成功地激活了這一反應(yīng)，實現(xiàn)了我們想要的反應(yīng)——將水分解成氫和氧。”

索科爾希望這些發(fā)現(xiàn)將有助于開發(fā)新的太陽能轉(zhuǎn)換模型系統(tǒng)。

她補充說:“我們可以有選擇地選擇我們想要的過程，并實現(xiàn)我們想要的反應(yīng)，這是令人興奮的，這在自然界是無法實現(xiàn)的。這可能是開發(fā)太陽能技術(shù)的一個很好的平臺。”

“這種方法可以用來將其他反應(yīng)結(jié)合在一起，看看能做什么，從這些反應(yīng)中學(xué)習(xí)，然后開發(fā)出合成的、更可靠的太陽能技術(shù)。”

這個模型也是第一個成功地使用氫化酶和光系統(tǒng)II來創(chuàng)造純粹由太陽能驅(qū)動的半人工光合作用的模型。

有助于革新可再生能源生產(chǎn)系統(tǒng)——

歐文·萊斯納博士是Reisner實驗室的負責人，也是劍橋大學(xué)圣約翰學(xué)院的研究員，也是這篇論文的作者之一，他將這項研究描述為一個“里程碑”。

他解釋說:“這項工作克服了將生物和有機成分整合到無機材料中以裝配半人工裝置的許多困難挑戰(zhàn)，并為開發(fā)未來太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)打開了一個工具箱。”

目前，利用太陽能生產(chǎn)氫氣的系統(tǒng)較為常見的有光分解制氫，太陽能發(fā)電和電解水組合制氫系統(tǒng)。傳統(tǒng)的制氫方法中，化石燃料制取的氫占全球的90%以上，太陽能制氫這個領(lǐng)域是近30～40年才發(fā)展起來的。

太陽能-氫能轉(zhuǎn)化是氫氣工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的方向，但在工業(yè)化的道路上仍然有很多實際的問題亟待解決。

這項研究將有助于革新可再生能源生產(chǎn)系統(tǒng)。