普渡大学探讨人工光合作用 有望提供清洁、可持续的能源

盖世汽车讯植物可以从太阳光中获得能量，这种将阳光直接转化为可用能源的过程，称为光合作用。据外媒报道，普渡大学理学院（Purdue’s College of Science）的生物物理学家和物理学教授Yulia Puskhar尝试模仿植物，以利用太阳能获得清洁、可储存、高效的燃料。这将有助于开辟全新的清洁能源领域，一小时内以阳光形式照射到地球上的能量，足以满足人类文明一整年的能源需求。

（图片来源：普渡大学）

光合作用是一个复杂的过程。植物通过这一过程，将太阳光和水分子转化为葡萄糖形式的可用能量。通常情况下，这需要用到叶绿素，以及蛋白质、酶和金属。

目前，最接近光合作用的人工过程是光伏技术，通过太阳能电芯，将太阳能转化为电能。然而，这一过程效率低下，只能捕获大约20%的太阳能。相比之下，光合作用的效率要高得多，能够将60%的太阳能作为化学能储存在相关生物分子中。

在简单的光伏电池中，太阳能电池板的效率，受到半导体吸收光能的能力和电芯发电能力的限制。通过人工光合作用，可以超越这些限制。Pushkar表示：“相关系统应该很容易实现60%的效率，我们甚至可以设想一个效率高达80%的系统。光合作用在分解水方面非常有效，这是人工光合作用的第一步。植物中的光系统II蛋白质每秒可运行一千次。眨眼的工夫，一切就完成了。”

Pushkar的团队通过构建人造树叶模拟物来模仿这一过程，以收集光并分解水分子，从而产生氢气。氢可以通过燃料电池单独用作燃料，也可以添加到天然气等其他燃料中，或内置于燃料电池中，为车辆、房屋、小型电子设备、实验室和医院等提供动力。

最近，该团队对光合作用过程中的水分子分裂方式进行观察。科学家们利用天然光系统II蛋白质和合成催化剂组合进行实验，以了解其中最有效的因素及其起作用的方式。与此同时，研究人员还优先使用易于获取且无毒的化合物和化学品。然而，人工光合作用的研究过程很缓慢，因为这牵扯到多方面因素。Pushkar表示：“这种反应非常复杂。分解水分子的化学过程极其繁复困难。”

Pushkar认为，未来10-15年内，相关研究将取得长足进步，商业人工光合系统可能投入使用。