利用太陽能發(fā)電的太陽能電池板正變得越來越普遍。不過事實(shí)上，當(dāng)人類還在掌握將太陽能轉(zhuǎn)化為燃料時(shí)，植物早已通過光合作用完善了這一過程。

最近，一組來自日本的研究人員報(bào)告稱，他們復(fù)制了這一自然過程，從二氧化碳（CO2）、水和陽光中產(chǎn)生了甲烷，這是一種高能燃料。他們創(chuàng)新的原型系統(tǒng)可以為替代不可再生的化石燃料鋪平道路。最新研究成果已于近期發(fā)表在了“ACS Engineering Au”雜志上。


雖然甲烷是一種溫室氣體，但它也是一種高能量密度的燃料，是天然氣的主要成分。包括天然氣在內(nèi)的化石燃料需要數(shù)百萬年的時(shí)間才能形成，從環(huán)境中提取它們可能會(huì)產(chǎn)生有害的影響。

隨著時(shí)間的推移，找到利用可再生能源生產(chǎn)甲烷的方法有助于減少對(duì)不可再生化石燃料的需求。而太陽正是地球上最可持續(xù)、最豐富的能源之一。

此前，日本東京大學(xué)的Kazunari Domen及其同事開發(fā)了一種利用陽光將水分解成氫氣和氧氣的系統(tǒng)。現(xiàn)在，他們想把這個(gè)過程進(jìn)化到更完全地模仿光合作用，吸收二氧化碳，把太陽能儲(chǔ)存在甲烷中，同時(shí)仍然使用成本低、易于擴(kuò)展的材料。

具體而言，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一組類似于太陽能電池板的反應(yīng)電池，每個(gè)電池上都涂有一層摻雜鋁的鈦酸鍶（SrTiO3）光催化劑，以幫助為反應(yīng)提供動(dòng)力。

這些涂有涂層的電池充滿水并置于陽光下。在這些條件下，水分解成氫氣和氧氣，這兩種氣體被分離，純化后的氫氣被送入系統(tǒng)的第二部分。在第二個(gè)腔室中，氫氣與二氧化碳反應(yīng)，形成甲烷和水，后者通過光反應(yīng)器再循環(huán)到第一步。


接下來，他們創(chuàng)造了一個(gè)130平方英尺的電池陣列，在各種天氣條件下連續(xù)工作三天。研究人員說，這個(gè)概念驗(yàn)證系統(tǒng)可以用于幫助生產(chǎn)塑料或其他化學(xué)原料的前體，也可以擴(kuò)大規(guī)模以生產(chǎn)更多的可持續(xù)生物燃料。

雖然前景光明，但研究小組認(rèn)識(shí)到，在這些設(shè)備成為大規(guī)模發(fā)電的可行選擇之前，人工光合作用系統(tǒng)的效率需要提高。