在研究人員通過(guò)改變植物的光合作用機(jī)制成功地將水分解為氫和氧之后，尋找利用太陽(yáng)能新方法的探索又向前邁進(jìn)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?yàn)樗鼛缀醍a(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(guò)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(wú)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(shí)間，但它還無(wú)法用于可再生能源領(lǐng)域——人工光合作用過(guò)于依賴(lài)催化劑的作用，而這類(lèi)催化劑往往過(guò)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(xiàng)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(xiàng)最新研究，利用半人工光合作用探索生產(chǎn)和儲(chǔ)存太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)光更多。天然光合作用效率不高，因?yàn)樗皇菫榱松娑M(jìn)化，只制造出滿(mǎn)足所需的最低能量即可，其轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)潛力僅發(fā)揮出1%—2%。”

原理證明方法——

這項(xiàng)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(biāo)是通過(guò)利用酶來(lái)產(chǎn)生所需的反應(yīng)來(lái)克服完全人工光合作用的局限性，實(shí)現(xiàn)無(wú)人輔助的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的水分解。

她在研究論文中解釋說(shuō):“氫化酶是藻類(lèi)中存在的一種酶，能夠?qū)①|(zhì)子還原為氫。在進(jìn)化過(guò)程中，這一過(guò)程已經(jīng)停止了，因?yàn)檫@不是生存的必要條件，但我們成功地激活了這一反應(yīng)，實(shí)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(kāi)發(fā)新的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換模型系統(tǒng)。

她補(bǔ)充說(shuō):“我們可以有選擇地選擇我們想要的過(guò)程，并實(shí)現(xiàn)我們想要的反應(yīng)，這是令人興奮的，這在自然界是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。這可能是開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能技術(shù)的一個(gè)很好的平臺(tái)。”

“這種方法可以用來(lái)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(kāi)發(fā)出合成的、更可靠的太陽(yáng)能技術(shù)。”

這個(gè)模型也是第一個(gè)成功地使用氫化酶和光系統(tǒng)II來(lái)創(chuàng)造純粹由太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)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(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)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(xiàng)研究描述為一個(gè)“里程碑”。

他解釋說(shuō):“這項(xiàng)工作克服了將生物和有機(jī)成分整合到無(wú)機(jī)材料中以裝配半人工裝置的許多困難挑戰(zhàn)，并為開(kāi)發(fā)未來(lái)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)打開(kāi)了一個(gè)工具箱。”

目前，利用太陽(yáng)能生產(chǎn)氫氣的系統(tǒng)較為常見(jiàn)的有光分解制氫，太陽(yáng)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(yáng)能制氫這個(gè)領(lǐng)域是近30～40年才發(fā)展起來(lái)的。

太陽(yáng)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(shí)際的問(wèn)題亟待解決。

這項(xiàng)研究將有助于革新可再生能源生產(chǎn)系統(tǒng)。