无限能源来袭: 利用半人工光合作用生产可再生能源

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——

光合作用是地球上最重要的反应之一，因为它几乎产生了世界上所有的氧气。它还激发了可能导致清洁能源生产的技术。

在此过程中，植物将水分子“分裂”成氧气和氢气，氢气作为零排放燃料具有潜力，可以提供无限的可再生能源。

尽管人工光合技术已经存在了一段时间，但它还无法用于可再生能源领域——人工光合作用过于依赖催化剂的作用，而这类催化剂往往过于昂贵或毒性较高。

半人工光合作用——

在发表在《自然能源》杂志上的一项新研究中，剑桥大学圣约翰学院的学者领导的一项最新研究，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。新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、圣约翰学院博士生卡塔兹娜•索科尔表示:“相比天然光合作用，新方法吸收的太阳光更多。天然光合作用效率不高，因为它只是为了生存而进化，只制造出满足所需的最低能量即可，其转化和存储潜力仅发挥出1%—2%。”

原理证明方法——

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，实现无人辅助的太阳能驱动的水分解。

她在研究论文中解释说:“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，但我们成功地激活了这一反应，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。”

这个模型也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。

有助于革新可再生能源生产系统——

欧文*莱斯纳博士是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。

这项研究将有助于革新可再生能源生产系统。