可再生能源進展!劍橋科學家藉助半人工光合作用 成功將水分解為氫...
2020-12-06 前瞻網可再生能源進展！劍橋科學家藉助半人工光合作用 成功將水分解為氫和氧
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（圖源：sciencedaily）
在研究人員通過改變植物的光合作用機製成功地將水分解為氫和氧之後，尋找利用太陽能新方法的探索又向前邁進了一步。
光合作用是植物將陽光轉化為能量的過程。當植物吸收的水分「分解」時，氧氣作為光合作用的副產品產生。
它是地球上最重要的反應之一，因為它是世界上幾乎所有氧氣的來源。植物在其中扮演著主要生產者的角色：它們構成了地球上幾乎所有營養網絡的第一個環節，基本上為地球的其他生物鏈部分提供食物。
當水分解時產生的另一種氣體，氫氣，有可能成為一種綠色和無限的可再生能源。
由劍橋大學聖約翰學院的學者領導的一項新研究，利用半人工光合作用探索生產和儲存太陽能的新方法。
他們使用生物成分和人工技術的混合物，利用自然陽光將水轉化為氫和氧。
這項研究現在可以用於革新可再生能源生產系統。
發表在《自然能源》(Nature Energy)雜誌上的一篇新論文概述了劍橋萊斯納實驗室(Reisner Laboratory)的學者如何開發平臺，實現無人輔助的太陽能驅動的水分解。
他們的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、聖約翰學院(St John’s College)博士生卡塔茲娜•索科爾(Katarzyna Sokol)表示:「自然光合作用並不有效，因為它的進化只是為了生存，所以它只需要最少的能量——大約是它可能轉化和儲存的能量的1%至2%。」
人工光合作用已經存在了幾十年，但它還沒有成功地用於製造可再生能源，因為它依賴於催化劑的使用，而催化劑往往是昂貴和有毒的。
這意味著它還不能用於將研究結果擴大到工業水平。
劍橋大學的這項研究是半人工光合作用新興領域的一部分，該領域的目標是通過利用酶來產生所需的反應來克服完全人工光合作用的局限性。
索科爾和他的研究小組不僅提高了產生和儲存的能量，他們還成功地使休眠了幾千年的藻類重新活躍起來。
她解釋說:「氫化酶是藻類中存在的一種酶，能夠將質子還原為氫。在進化過程中，這一過程已經停止了，因為這不是生存的必要條件，但我們成功地繞過了不活躍狀態，實現了我們想要的反應——將水分解成氫和氧。」
索科爾希望這些發現將有助於開發新的太陽能轉換模型系統。
她補充說:「我們可以有選擇地選擇我們想要的過程，並實現我們想要的反應，這是令人興奮的，這在自然界是無法實現的。這可能是開發太陽能技術的一個很好的平臺。」
「這種方法可以用來將其他反應結合在一起，看看能做什麼，從這些反應中學習，然後開發出合成的、更可靠的太陽能技術。」
這個模型是第一個成功地使用氫化酶和光系統II來創造純粹由太陽能驅動的半人工光合作用的模型。
Erwin Reisner博士是Reisner實驗室的負責人，也是劍橋大學聖約翰學院的研究員，也是這篇論文的作者之一，他將這項研究描述為一個「裡程碑」。
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，並為開發未來太陽能轉換系統打開了一個工具箱。」
目前，利用太陽能生產氫氣的系統較為常見的有光分解制氫，太陽能發電和電解水組合制氫系統。傳統的制氫方法中，化石燃料製取的氫佔全球的90%以上，太陽能制氫這個領域是近30～40年才發展起來的。
太陽能-氫能轉化是氫氣工業化生產技術發展的方向，但在工業化的道路上仍然有很多實際的問題亟待解決。
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