人工光合作用吸收太陽(yáng):承諾清潔、可持續的能源


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將太陽(yáng)光直接轉化成可用能量的過(guò)程,稱(chēng)為光合作用——人類(lèi)能夠模仿可能很快就成為一項壯舉為清潔利用太陽(yáng)的能量,存儲、高效的燃料。 如果是這樣的話(huà),它可以打開(kāi)一個(gè)全新的前沿的清潔能源。 足夠的能量到達地球的陽(yáng)光在一小時(shí)內滿(mǎn)足所有人類(lèi)文明一整年的能源需求。

尤利婭?Puskhar生物物理學(xué)家和普渡大學(xué)的物理學(xué)教授科學(xué),可能有一種方法來(lái)利用這些能量通過(guò)模仿植物。風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電,利用光伏電池,可用清潔能源的兩種主要形式。 添加第三個(gè)——人造光合作用將顯著(zhù)改變可再生能源景觀(guān)。 儲存能量的能力,無(wú)需笨重的電池,將極大地改善人類(lèi)的權力社會(huì )清潔和高效的能力。

風(fēng)力渦輪機和太陽(yáng)能都有不利的環(huán)境影響和復雜的因素。 普什卡希望人工光合作用可以避開(kāi)這些陷阱。我們和世界各地的其他研究人員是令人難以置信的努力,試圖想出訪(fǎng)問(wèn)能源,”布什格爾說(shuō)。能源是清潔和可持續的,我們可以創(chuàng )建無(wú)毒,容易獲得元素。 我們的人工光合作用是前進(jìn)的方向。

過(guò)程,植物的光合作用是一個(gè)復雜的舞蹈將太陽(yáng)的光輝和水分子轉化為可用能源以葡萄糖的形式。 要做到這一點(diǎn),他們通常使用色素,著(zhù)名的葉綠素,以及蛋白質(zhì)、酶和金屬。最接近人工光合作用過(guò)程人類(lèi)今天是光伏技術(shù),在太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)的能量轉化為電能。 這一過(guò)程是著(zhù)名的效率低下,只能捕捉太陽(yáng)的能量的20%。 光合作用,另一方面,從根本上更有效; 能夠存儲60%的太陽(yáng)的能量相關(guān)的生物分子的化學(xué)能量。

簡(jiǎn)單的光伏電池,太陽(yáng)能電池板的效率受到半導體吸收光能的能力和細胞產(chǎn)生電能的能力。 限制是科學(xué)家可能會(huì )超過(guò)合成光合作用。人工光合作用,沒(méi)有基本的物理限制,”布什格爾說(shuō)。你可以很容易地想象一個(gè)系統60%的效率,因為我們已經(jīng)有先例在自然光合作用。 如果我們變得非常雄心勃勃的,我們甚至可以想象一個(gè)系統高達80%的效率。光合作用高效分解水時(shí),第一步的人工光合作用。 光系統II蛋白質(zhì)在植物一千次。 眨眼,它完成。

普什卡的集團是模仿的過(guò)程構建自己的人工樹(shù)葉模擬收集光和水分子分裂生成氫氣。 可以使用氫作為燃料本身通過(guò)燃料電池或被添加到其他燃料如天然氣,或建在燃料電池功率從汽車(chē)到房屋小型電子設備,實(shí)驗室和醫院。 她最近的發(fā)現、了解水分子分裂的方式在光合作用過(guò)程中,最近發(fā)表在《華爾街日報》化學(xué)催化:細胞出版社。普什卡的科學(xué)家的實(shí)驗室實(shí)驗和天然光系統II蛋白質(zhì)合成催化劑組合在試圖理解效果最好,為什么。 她還很重視利用化合物和化學(xué)物質(zhì)很容易豐富的地球上,方便,無(wú)毒。

進(jìn)步在人工光合作用很復雜,不過(guò),由于光合作用是多方面的,一個(gè)事實(shí)哀嘆由生物化學(xué)的學(xué)生隨處可見(jiàn)。反應非常復雜,”布什格爾說(shuō)。分裂的化學(xué)水分子是非常復雜和困難的。

科學(xué)家一直在研究自1970年代人工光合作用。 這是很長(cháng)一段時(shí)間,但當你記住,光合作用了數百萬(wàn)年的進(jìn)化。 不僅如此,科學(xué)家們認為,與飛行,溝通或情報,光合作用已經(jīng)進(jìn)化一次,大約30億年前,地球只有15億年的存在。布什格爾指出,1015年內,將會(huì )取得足夠的進(jìn)展,商業(yè)人造光合作用系統可能開(kāi)始上線(xiàn)。 她的研究是由美國國家科學(xué)基金會(huì )資助。


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