人造光合作用實驗成功!一旦量產,地球氣候惡化進程將有望逆轉

天空之城 2020/09/12 檢舉 我要评论

眾所周知,如今的地球正面臨著前所未有的氣候挑戰,二氧化碳濃度突破了人類記錄和考古發現的新高。隨著二氧化碳濃度的不斷上升,溫室效應導致的全球變暖也越來越嚴重。

全球變暖會帶來一系列更壞的影響,永久凍土消融、海平面上升……而且這是一個惡性循環,很可能進一步加劇溫室效應。為了拯救地球生物,科學家們強烈建議世界各國做出自己的貢獻,緩解氣候的惡化。

想要緩解溫室效應,最有效的管道就是節能減排,儘量使用清潔能源,減少二氧化碳的產生。我們常說開源節流,這是開源的方法,我們必須同時配合節流才能達到事半功倍的效果。如何減少已經產生的二氧化碳呢?那就是植物的光合作用。

如果沒有植物的光合作用將二氧化碳轉化為氧氣,地球就不可能出現今天的生態圈。但問題在於,人類對樹木的砍伐從沒有停止,再加上此起彼伏的山火,地球的植被也面臨著前所未有的危機。恢復植被是一個漫長的過程,不可能畢其功於一役,但地球氣候的惡化已經刻不容緩。於是,有人聰明地想到:如果我們人工開發一種光合作用的流程,不就可以解決這個問題了?

想法是美好的,但實際操作起來卻非常困難。好在最近,英國劍橋大學的化學家們在Erwin Reisner教授的帶領下,取得了一項可喜的突破,實現了人工的光合作用,有望在未來成為改變地球氣候的有力武器。

這種人工光合作用和植物有所不同,我們知道,自然界植物中最常見的光合作用是水和二氧化碳在光照的條件下合成氧氣和糖類,而劍橋大學的科學團隊開發出來的反應過程卻並沒有合成糖類,而是生成了甲酸。甲酸的用途非常廣泛,既可以直接使用,也可以轉化為氫氣。

這個化學反應可以說有著極大的好處。首先它可以吸收空氣中的二氧化碳,降低二氧化碳濃度,緩解溫室效應;其次,它產生的甲酸如果直接利用,可以減少工業製備甲酸帶來的能源消耗和排放;如果將甲酸轉化為氫氣的話,也是一種非常清潔的能源,同時這個過程相當於人類以一種新穎的方式來儲存太陽能以備使用,同樣非常清潔。

研究團隊中的化學家王倩(音譯)博士是本次研究的參與者,在發表于《自然能源》雜誌的論文中,她是第一作者。她興奮地介紹說:「這個反應的專一性讓我們非常驚喜,它幾乎不會生成任何副產品。世界上的事難以達到盡善盡美是很正常的,但這一次卻是個例外,它的表現超出了預期。」

(圖片說明:本次實驗中所用到的設備)

沒有副產品,對於這項實驗來說也是一個重要的突破。首先,這可以避免想要的產物和副產品進行分離的麻煩;其次,沒有副產品意味著反應的效率非常高,能夠在最大程度上將太陽能轉化為可以儲存的燃料,而不會產生大量沒有必要的廢品,也免去了再去處理廢品的複雜工序。

這次實驗之所以取得了成功,很大一部分原因要歸功於他們所採用的光觸媒片。這種光觸媒片是由特殊的半導體粉末製成的,研究團隊將它放在了水裡,然後利用陽光進行照射。在含鈷化合物的催化作用下,電子就會發生轉移,從而引發氧化反應。除此之外,這個實驗並沒有使用其他額外的設備,而且不需要外加的能源,可以說非常高效又簡潔。

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