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纳米技术与生物科学联姻促成“人工绿叶”问世

2018-10-30 15:19作者:网络整理来源:网络整理浏览次数:

纳米技术与生物科学联姻促成“人工绿叶”问世

人工光合作用细菌包裹纳米纤维获取电子的过程示意图。(自ENS环境新闻网)

纳米技术与生物科学联姻促成“人工绿叶”问世

加州大学伯克利分校杨培东博士。(自ENS环境新闻网)

据ENS环境新闻网报道,美国加州大学伯克利分校教授杨培东和他的团队已经研发出“人工绿叶”,通过人工的光合作用,仅利用太阳光就能产生汽油和天然气。这种燃料可以用来驱动汽车和用于建筑采暖,而不会产生温室气体排放。

杨培东目前任加州大学化学专业教授兼该效科维理能源纳米研究所主任,他和他的团队是通过半导体纳米和细菌相结合的技术来取得目前成果的,研究发表在《美国科学院论文集》的电子期刊上。

该过程基于植物可将太阳光、二氧化碳和水转化为糖的特性,而创造了人工光合作用,与自然光合作用的区别在于人工光合作用制造的是可长期储存且能够通过现有能源装置运输的液体燃料。

研究人员首先使用一种名为纳米丝的长纳米纤维将日光转化为电子,从而使得细菌可将二氧化碳和水转化为复合化合物。在第二阶段,纳米纤维产生电能,将水分解为氢气和氧气,然后将氢气与二氧化碳合成天然气的主要成分——甲烷。

杨培东表示:“实验是为了证明我们可以将细菌催化剂与半导体技术相结合,这有助于我们切实了解人工光合作用系统。也许研究人员终将研发出高效电池来储存太阳能光电资源,但光合作用能一站式解决能源转化和储存的问题,利用有机分子化学键自由转化和储存太阳能。”

美国光生物学学会前会长、化学与生物化学教授托马斯·摩尔(Thomas Moore)博士表示:“为了建构太阳能驱动的可持续发展社会,我们需要一种储存太阳能的有效方式,太阳能电池可提高用电效率,但阴雨天或夜间难以储电是一个棘手问题。想要储存大量电能,必须将其转化为化学能来储存,如煤炭、石油、天然气、氢气和生物质。”

加拿大多伦多大学应用科学与工程学院的研究副院长泰德·萨金特(Ted Sargent)博士表示:“从汽车、火车、飞机到燃气发电机,许多电力系统装置都是在化石燃料的基础上建立的,因此创造一种能通过这些装置生产液态燃料的新技术,就在可再生能源领域创造了极大的优势。”能源随着季节的变化而变化,在加拿大冬季供暖导致能耗上升,可以制造一种可以储存足够能源的电池,实现家庭的夜间供暖,但长远来看应将夏天获取的能源储存起来。

化石燃料中储藏着过去光合作用所积聚的大量能源,高能源密度使得能源储存成为了可能。虽然将太阳光转化为燃料所消耗的能源要远远大于其产生的电能,但液体燃料具有更高的价值,可以弥补淡季可再生能源短缺的季节性缺口。萨金特表示,人工光合作用是一种碳中和的解决方案,因为燃烧过程中,每释放一个二氧化碳分子都需要从大气中获取一个二氧化碳分子。

杨培东说:“为了获得更好的合成催化剂,我们需要在原子和分子层面了解自然,这就需要不同领域的研究人员加强交流与合作。”(顾璨编译)

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