人工光合作用：誘人的清潔能源技術(shù)

2017-08-30 10:18:17 英國(guó)《金融時(shí)報(bào)》　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

大自然擁有一些奇妙的科技。葉子就是能將一種形式的能量轉(zhuǎn)化為另一種的神奇機(jī)器：葉子吸收二氧化碳和水分，并利用陽(yáng)光將其轉(zhuǎn)化為碳水化合物。多年來(lái)，科學(xué)家們一直試圖模仿光合作用。這些努力終于有了成果。《科

大自然擁有一些奇妙的科技。葉子就是能將一種形式的能量轉(zhuǎn)化為另一種的神奇機(jī)器：葉子吸收二氧化碳和水分，并利用陽(yáng)光將其轉(zhuǎn)化為碳水化合物。

多年來(lái)，科學(xué)家們一直試圖模仿光合作用。這些努力終于有了成果。《科學(xué)美國(guó)人》(ScientificAmerican)雜志與世界經(jīng)濟(jì)論壇(WEF)的專家們將人工葉子評(píng)為2017年的突破性技術(shù)之一。

實(shí)驗(yàn)室研究人員正試圖比自然更勝一籌：不是生成植物養(yǎng)分，而是產(chǎn)生能夠儲(chǔ)存起來(lái)供以后使用的燃料。這類項(xiàng)目帶來(lái)了一種前景：在生產(chǎn)新型能源的同時(shí)，從大氣層吸走二氧化碳這種不受歡迎的溫室氣體。這使人工光合作用有望成為能源領(lǐng)域最清潔的技術(shù)之一。

哈佛大學(xué)(HarvardUniversity)的丹尼爾?諾切拉(DanielNocera)和帕梅拉?西爾弗(PamelaSilver)是這條道路上的先行者。他們的系統(tǒng)，或者說(shuō)“葉子”，實(shí)際上是一個(gè)容器，該系統(tǒng)利用一種由陽(yáng)光激活的催化劑，把水分子分解成氫分子和氧分子。這個(gè)容器中有以氫為食的細(xì)菌，這些細(xì)菌吞噬新釋放出的氫分子，再加上二氧化碳，來(lái)產(chǎn)出液體燃料。

即使是生長(zhǎng)最快的植物，也只能將大約1%的陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為養(yǎng)分，而哈佛大學(xué)的這兩位科學(xué)家研發(fā)的系統(tǒng)在利用純二氧化碳時(shí)，達(dá)到了10%的能量轉(zhuǎn)化效率。不過(guò)，如果從空氣中抽取二氧化碳，效率就會(huì)下降至約4%。

還有其他一些人在進(jìn)行利用陽(yáng)光制造太陽(yáng)能燃料的研究。美國(guó)能源部(USDepartmentofEnergy)旗下有一個(gè)專門進(jìn)行這方面研究的中心——人工光合作用聯(lián)合中心(JointCenterforArtificialPhotosynthesis)，匯集了加利福尼亞理工學(xué)院(Caltech)和勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LawrenceBerkeleyNationalLaboratory)等一批學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)。

該中心的任務(wù)是開(kāi)發(fā)一項(xiàng)可以大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)，將二氧化碳、水和陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為可再生的運(yùn)輸用燃料（即使在一個(gè)綠色未來(lái)，卡車、飛機(jī)和船舶也不可能插著電線運(yùn)行）。還有多家初創(chuàng)公司致力于將光能轉(zhuǎn)化為可儲(chǔ)存的化學(xué)能；《麻省理工科技評(píng)論》(MITTechnologyReview)列舉了Opus12、LiquidLight、JouleUnlimited和LanzaTech。其中一個(gè)挑戰(zhàn)是，找到廉價(jià)和取之不盡的催化劑；目前一些技術(shù)使用鉑作為催化劑。

人工光合作用之所以令人振奮，是因?yàn)樗锌赡苤圃斐瞿軌騼?chǔ)存并在需要時(shí)使用的“可調(diào)遣的”可再生能源。與此形成反差的是，風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池板只能斷斷續(xù)續(xù)地產(chǎn)生能量。這個(gè)問(wèn)題阻礙了使可再生能源成為能源結(jié)構(gòu)中更可靠組成部分的努力：劍橋大學(xué)科學(xué)和政策交流中心(CambridgeUniversityScienceandPolicyExchange)進(jìn)行的估測(cè)認(rèn)為，如果要用太陽(yáng)能或風(fēng)力發(fā)電來(lái)代替一座燃煤電廠的電力供應(yīng)，前者的裝機(jī)容量要達(dá)到后者的4倍。

太陽(yáng)能燃料還有一個(gè)好處：不需要基礎(chǔ)設(shè)施。它們可以被迅速送往最偏遠(yuǎn)的農(nóng)村地區(qū)，這對(duì)發(fā)展中國(guó)家來(lái)說(shuō)顯然意義重大。呼吁公眾加大支持這種技術(shù)的人士指出，這種技術(shù)可以快速部署在難民營(yíng)、疫情爆發(fā)的孤村等地方。出于這些理由，比爾?蓋茨(BillGates)在今年早些時(shí)候宣稱，他本人對(duì)這個(gè)概念心向神往。他在3月發(fā)布博文稱：“我之前曾撰文說(shuō)過(guò)，我們需要一個(gè)能源奇跡來(lái)遏止氣候變化，同時(shí)讓數(shù)以百萬(wàn)計(jì)目前尚未通電的最貧困家庭用上電。生產(chǎn)太陽(yáng)能燃料將是這樣的奇跡之一。”蓋茨和其他人創(chuàng)立了突破性能源風(fēng)投基金，對(duì)清潔能源投資10億美元。

人工光合作用還將吸引另一個(gè)消費(fèi)者群體：過(guò)著“脫網(wǎng)”生活的人。埃森哲(Accenture)估計(jì)，到2035年，北美12%的人和歐洲11%的人將實(shí)現(xiàn)能源自足，可能會(huì)脫離電網(wǎng)。

特斯拉(Tesla)已經(jīng)預(yù)測(cè)到了這種趨勢(shì)：該公司的Powerwall電池能夠在白天儲(chǔ)存太陽(yáng)能電力，以便在夜間使用，該產(chǎn)品瞄準(zhǔn)同一個(gè)市場(chǎng)。實(shí)際上，圍繞著生態(tài)生活掀起了一陣?yán)顺保S多書籍和網(wǎng)站描繪了脫網(wǎng)生活的烏托邦藍(lán)圖，方法往往是砍柴。

這引發(fā)了有關(guān)公用事業(yè)“死亡螺旋”的討論：隨著可再生能源變得更廉價(jià)，隨著越來(lái)越小的客戶群要支撐起龐大的基礎(chǔ)設(shè)施，更多人將選擇“脫網(wǎng)”。對(duì)人工光合作用乃至其他可再生能源的熱情，還受到人們對(duì)環(huán)境憂慮的推波助瀾——要回歸自然，最清潔的方式可能是模仿自然，這是多么詩(shī)意的后現(xiàn)代啊。

責(zé)任編輯：lixin

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