可再生能源进展！剑桥科学家借助半人工光合作用 成功将水分解为氢和氧

（图源：sciencedaily）

在研究人员通过改变植物的光合作用机制成功地将水分解为氢和氧之后，寻找利用太阳能新方法的探索又向前迈进了一步。

光合作用是植物将阳光转化为能量的过程。当植物吸收的水分“分解”时，氧气作为光合作用的副产品产生。

它是地球上最重要的反应之一，因为它是世界上几乎所有氧气的来源。植物在其中扮演着主要生产者的角色：它们构成了地球上几乎所有营养网络的第一个环节，基本上为地球的其他生物链部分提供食物。

当水分解时产生的另一种气体，氢气，有可能成为一种绿色和无限的可再生能源。

由剑桥大学圣约翰学院的学者领导的一项新研究，利用半人工光合作用探索生产和储存太阳能的新方法。

他们使用生物成分和人工技术的混合物，利用自然阳光将水转化为氢和氧。

这项研究现在可以用于革新可再生能源生产系统。

发表在《自然能源》(Nature Energy)杂志上的一篇新论文概述了剑桥莱斯纳实验室(Reisner Laboratory)的学者如何开发平台，实现无人辅助的太阳能驱动的水分解。

他们的方法也成功地吸收了比自然光合作用更多的太阳能。

第一作者、圣约翰学院(St John’s College)博士生卡塔兹娜•索科尔(Katarzyna Sokol)表示:“自然光合作用并不有效，因为它的进化只是为了生存，所以它只需要最少的能量——大约是它可能转化和储存的能量的1%至2%。”

人工光合作用已经存在了几十年，但它还没有成功地用于制造可再生能源，因为它依赖于催化剂的使用，而催化剂往往是昂贵和有毒的。

这意味着它还不能用于将研究结果扩大到工业水平。

剑桥大学的这项研究是半人工光合作用新兴领域的一部分，该领域的目标是通过利用酶来产生所需的反应来克服完全人工光合作用的局限性。

索科尔和他的研究小组不仅提高了产生和储存的能量，他们还成功地使休眠了几千年的藻类重新活跃起来。

她解释说:“氢化酶是藻类中存在的一种酶，能够将质子还原为氢。在进化过程中，这一过程已经停止了，因为这不是生存的必要条件，但我们成功地绕过了不活跃状态，实现了我们想要的反应——将水分解成氢和氧。”

索科尔希望这些发现将有助于开发新的太阳能转换模型系统。

她补充说:“我们可以有选择地选择我们想要的过程，并实现我们想要的反应，这是令人兴奋的，这在自然界是无法实现的。这可能是开发太阳能技术的一个很好的平台。”

“这种方法可以用来将其他反应结合在一起，看看能做什么，从这些反应中学习，然后开发出合成的、更可靠的太阳能技术。”

这个模型是第一个成功地使用氢化酶和光系统II来创造纯粹由太阳能驱动的半人工光合作用的模型。

Erwin Reisner博士是Reisner实验室的负责人，也是剑桥大学圣约翰学院的研究员，也是这篇论文的作者之一，他将这项研究描述为一个“里程碑”。

他解释说:“这项工作克服了将生物和有机成分整合到无机材料中以装配半人工装置的许多困难挑战，并为开发未来太阳能转换系统打开了一个工具箱。”

目前，利用太阳能生产氢气的系统较为常见的有光分解制氢，太阳能发电和电解水组合制氢系统。传统的制氢方法中，化石燃料制取的氢占全球的90%以上，太阳能制氢这个领域是近30～40年才发展起来的。

太阳能-氢能转化是氢气工业化生产技术发展的方向，但在工业化的道路上仍然有很多实际的问题亟待解决。