人工光合作用即將實現?

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光合作用:大自然的商業機密。

18 年前,蓋茨對未來世界趨勢作出 15 項預測幾乎現已全部實現,那麼蓋茨今日最看重的又是甚麼科技?他在路透社一次訪問中提到「人工光合作用」(artificial photosynthesis),大讚其潛能猶如魔法。假如成事,該技術可以將陽光轉化為氫燃料,提供源源不絕的潔淨能源。

科學界多年來嘗試破解光合作用這個「大自然的商業秘密」,近年終於取得成果,製造出「人工葉」——或者蓋茨的第 16 項預言即將就要實現。

植物藉陽光將水分與二氧化碳轉化成氧氣和碳水化合物。過程的神奇之處,在於可將水分子(H2O)分解為氫與氧,單憑光和水即可自給自足。人工光合作用就是要仿傚植物的維生方式,以開拓新的能源供應。研究經年,人工光合作用取得了長足發展,獲科學雜誌 Scientific American 及世界經濟論壇(World Economic Forum)列為 2017 年突破科技之一

金融時報報道,兩位哈佛大學科學家 Daniel Nocera 和 Pamela Silver 是人工光合作用領域的先鋒,設計出「人工葉」(artificial leaf):一種以陽光作為媒介,將水分解為氫與氧的容器。容器內的細菌吸收氫氣和二氧化碳後,便會釋出液態燃料。一般植物只能將 1% 陽光轉化為食物,而人工葉使用純二氧化碳(pure CO2)的效率則可達一成之高,製成的液態燃料不但比固體電池更方便應用,亦較少發生故障。

人工光合作用:頂部薄膜吸收陽光、二氧化碳和水,釋出氧氣;內部薄膜轉化促生燃料,底層保存燃料。 圖片來源:Clean Technica

美國能源部同樣留意到人工光合作用的潛能,設立「人工光合作用聯合中心」(JCAP),匯聚各大學術機構研究交通燃料應用。交通工具諸如飛機船舶無法連接固定電網,必須借助燃料發動,人工光合作用正好符合條件。現時亦有不少科創企業致力研究轉化光能為可儲存能源,包括曾獲科學期刊 MIT Technology Review 報道的 Opus12Liquid Light 和 LanzaTech,而太陽能業界巨頭 Tesla 及 SolarCity 亦已開發電池來儲存太陽能,以應付晚間的電力需求。

一般太陽能發電板會受天氣影響,而且所供電力為直流電,需要另外轉化為交流電才能應用。而人工光合作用製造的液態燃料則不受此限,加上毋須接駁電網,省卻大型基建成本之餘,就連偏遠落後地區均能受惠,據管理顧問公司 Accenture 預計,2035 年歐美約有一成多人活於電網之外,同樣需要依賴有效的獨立能源。

除上述優勢外,據科技網站 Futurism 介紹,人工光合作用另有不少好處。例如工序施放的甲醇(methanol)可用作內燃機燃料,而細菌釋出的氮氣則可用於施肥,細菌與氫氣混合,甚至能夠製作出藥物、肥料、燃料乃至塑膠等產品,潛能連蓋茨也大嘆「奇蹟一般」。未來的發電機將會取法自然:愈新奇就愈古老;愈進步則愈自然。