Daniel Nocera教授的人工葉可利用太陽能分解水，在分解過程中會產(chǎn)生氫氣，而以目前世界上的技術(shù)水平這些氫氣還無法得到利用。不過最新的研究利用細(xì)菌將氫氣轉(zhuǎn)化為液體燃料，為氫氣的使用帶來前所未有的希望。

攝影： Dominick Reuter, 麻省理工學(xué)院  撰文：Christina Nunez

　　Daniel Nocera教授是研究“人工葉”的先驅(qū)，“人工葉”工作原理與樹葉相似，可利用太陽光和水產(chǎn)生能量。曾經(jīng)，他對人工葉信心滿滿，認(rèn)為這是一個巨大的科學(xué)突破，可使每個家庭擁有一座小型發(fā)電站。

　　“人工葉”的概念數(shù)年前就公諸于世，引起了廣泛注意，不過在實際應(yīng)用上并沒有實質(zhì)性的進(jìn)展。“人工葉”是一個造價低、薄片一樣的裝置，后來，Nocera稱，它有一個重大缺陷。

　　“人工葉會產(chǎn)生氫氣，問題是你們沒有設(shè)備利用這種能源”，Nocera說道。

　　Nocera所說的“你們”指的是實驗室以外的人。盡管豐田等一些汽車公司生產(chǎn)出了以氫氣為燃料的汽車，但添加燃料仍是一個問題：大部分加油站只提供液體氫氣燃料。

存儲太陽能

　　最近，Nocera與哈佛大學(xué)的生物學(xué)家合作取得了新的研究成果：研究者們創(chuàng)造出一種特殊的細(xì)菌，可將氫氣（可從人工葉或其它來源獲得）轉(zhuǎn)化為酒精燃料。該成果發(fā)表在周一的《美國國家科學(xué)院院刊 》上。

　　哈佛大學(xué)的研究者們旨在解決之前的發(fā)電設(shè)備都未解決的問題：通過太陽光獲取能量已經(jīng)有很長一段時間，但沒有太陽光時如何獲取能量呢？如果更進(jìn)一步，除了用作電能以外，這些存儲的能量可否做其它用途。

　　在自然光合作用下，陽光照射到水和二氧化碳時會產(chǎn)生生物質(zhì)，但若將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料通常還需要更進(jìn)一步反應(yīng)，比如說，將玉米分解產(chǎn)生乙醇。

　　研究者們通過基因技術(shù)改造了一種細(xì)菌，能夠越過生物質(zhì)這一步驟，直接產(chǎn)生出液體燃料。他們首先利用人工葉將水分解為氧氣和氫氣，而后用細(xì)菌吸收氫氣，同時加入二氧化碳生產(chǎn)出異丙醇，這是一種堪比乙醇的酒精燃料。

　　Nocera表示，這一生產(chǎn)系統(tǒng)有點類似藻類農(nóng)場，不同的是細(xì)菌不需要持續(xù)的光照，而且無需人工維護(hù)。

驚人的發(fā)現(xiàn)

　　此前，研究細(xì)菌和太陽能領(lǐng)域的科學(xué)家們面臨一個苦惱已久的難題：細(xì)菌會死亡，Nocera稱他的研究團(tuán)隊已經(jīng)成功將其攻克。不過為了維持細(xì)菌存活，需要施加高壓電流，因此解決方法還不夠高效。

　　導(dǎo)致細(xì)菌死亡的罪魁禍?zhǔn)资潜环Q為活性氧簇的一類分子，它們的來源著實令人吃驚。將水分解之后，活性氧簇竟然從產(chǎn)生氫氣的一端冒出，而不是產(chǎn)生氧氣的一端。

　　“我們非常吃驚，也困惑了一段時間”，Nocera說道。不過在明確問題之后，研究者們最終還是解決了，能夠更有效率的生產(chǎn)燃料。

　　盡管各個流程清楚明了，但距離實際應(yīng)用還要很漫長的路要走。

　　John Turner是美國國家可再生能源實驗室的研究人員，主要研究氫能源。他對這個研究表示高度的贊賞，不過提示說“研究距離商業(yè)應(yīng)用還有相當(dāng)長的距離”。

　　無論是維持細(xì)菌生長還是最終生產(chǎn)燃料的過程都需要能量，除此以外，Turner稱，從大氣中獲得持續(xù)的二氧化碳也 “非常耗費能量”。

　　Nocera承認(rèn)他的產(chǎn)能系統(tǒng)還不夠高效，在發(fā)展成為產(chǎn)能工業(yè)之前，“我們還需要做更多的研究”。

　　盡管如此，Nocera稱這個研究包含其他科學(xué)家可以應(yīng)用的技術(shù)成果：“本研究中有很多先進(jìn)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，其他人可以在此基礎(chǔ)上繼續(xù)開展研究”。