百年攻關(guān)終圓夢 劍橋?qū)＜覍?shí)現(xiàn)突破

【Ecoticias網(wǎng)12月4日報(bào)道】

化學(xué)領(lǐng)域的遠(yuǎn)見卓識者賈科莫·恰米奇安（Giacomo Ciamician）早在1912年就向人類發(fā)出了警示。他提醒道，煤炭與化石燃料的使用存在“保質(zhì)期”，人類應(yīng)將目光投向本就該關(guān)注的方向——植物。他提出的理論認(rèn)為，人類可借鑒自然界的化學(xué)過程來產(chǎn)生能源。然而在之后的一個(gè)世紀(jì)里，這一理論始終停留在美好構(gòu)想階段，如同一份沉睡在理論科學(xué)抽屜里的靈感，只因缺乏適配的材料與工程技術(shù)支持，始終未能落地成真。直到今天，這一局面終于被打破。

劍橋大學(xué)的研究人員證實(shí)了眾多科研者的殷切期盼：他們研發(fā)出全球首個(gè)能夠持續(xù)產(chǎn)生清潔能源的人工光合作用系統(tǒng)。這絕非只能“曇花一現(xiàn)”的簡單實(shí)驗(yàn)，而是一個(gè)具備規(guī)?；茝V潛力的平臺，可將陽光、水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為可儲存的能源。究其本質(zhì)，這是一枚真正具有使用效能的“人造葉子”。

仿生系統(tǒng)的工作原理

劍橋大學(xué)的研究方案頗具亮點(diǎn)，其核心并非另起爐灶，而是直接借鑒地球上最高效的天然設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)復(fù)刻了自然光合作用的兩個(gè)關(guān)鍵階段：一是“光反應(yīng)”，核心過程為水的分解；二是“暗反應(yīng)”，即實(shí)現(xiàn)化學(xué)能的儲存。

為達(dá)成這一目標(biāo)，研究團(tuán)隊(duì)采用了合成催化劑與新型半導(dǎo)體材料來捕獲陽光。這一過程能將水分解為氫氣和氧氣，不僅可使能量以化學(xué)鍵的形式儲存起來，還能利用產(chǎn)生的氫氣將二氧化碳轉(zhuǎn)化為可用燃料。此前的科研文獻(xiàn)指出，逆向復(fù)刻植物葉片的生理過程（如“天線色素團(tuán)”吸收光能、電荷分離機(jī)制等）難度極大，而該團(tuán)隊(duì)已成功攻克這一技術(shù)難關(guān)。

“無限能源”的由來及現(xiàn)存挑戰(zhàn)

劍橋大學(xué)提出這是一套“無限能源”系統(tǒng)，且有必要對此加以說明，以避免陷入空洞的炒作漩渦。這并非指該系統(tǒng)違背熱力學(xué)定律，而是強(qiáng)調(diào)其幾乎能夠持續(xù)不間斷運(yùn)行。該系統(tǒng)維護(hù)成本極低，且依賴的能量來源——陽光與淡水——在自然界中儲量均十分充足。

該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可像現(xiàn)代太陽能電池板一樣，輕松接入現(xiàn)有的能源基礎(chǔ)設(shè)施。不過研究人員始終將其與客觀實(shí)際相結(jié)合，他們認(rèn)識到：由實(shí)驗(yàn)室成果推廣至電網(wǎng)應(yīng)用是一個(gè)十分復(fù)雜的過程。

目前仍存在諸多關(guān)鍵挑戰(zhàn)亟待攻克，例如材料的長期老化損耗問題以及初期的高投入成本等問題。當(dāng)前的工程核心目標(biāo)在于提升“光能到化學(xué)能”的轉(zhuǎn)化效率，并驗(yàn)證這類裝置不僅能在實(shí)驗(yàn)室的可控光照環(huán)境下運(yùn)行，更能在真實(shí)自然環(huán)境中穩(wěn)定工作數(shù)年之久。

邁向真正脫碳的重要一步

若劍橋大學(xué)能推動該技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化規(guī)?；瘧?yīng)用，其影響將不可估量。屆時(shí)，偏遠(yuǎn)地區(qū)或離網(wǎng)人群有望獲得清潔能源供應(yīng)，也能讓那些光照充足但化石能源匱乏的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)能源自主。

依托劍橋大學(xué)這一頂尖學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的背書，該技術(shù)獲得了足夠的可信度來吸引合作伙伴與投資。恰米奇安暢想太陽能驅(qū)動世界的百年之后，人工光合作用終于不再是不切實(shí)際的空想，而是變成了可正常運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備。盡管后續(xù)仍需應(yīng)對成本控制與推廣安裝的挑戰(zhàn)，但通往分布式、真正清潔能源之門如今已正式開啟。

編譯：朱芳菲（新能源部）

審校：徐肖飛（新能源部）

編輯：朱芳菲（新能源部）