喚醒藻類休眠生物機制,打造全新人工光合作用設備

發佈日期: 2018 年 09 月 06 日 15:35 | 作者: | 分類: 產業資訊

近年來各國科學家不斷研發人工光合作用設備,希望可像植物一樣直接利用太陽光來產生能量,而近期英國劍橋大學成功在該領域有所進展,透過「喚醒」藻類在演化過程中陷入休眠的生物化學反應,有效將水轉換成氫氣與氧氣。

光合作用是植物、藻類和某些細菌將陽光轉換成能量的過程,可將二氧化碳、水或硫化氫變成碳水化合物,當植物吸收的水開始分解時,會產生氧氣、氫離子與電子、幾乎是地球主要氧氣來源,可說是地球上最重要的反應之一,水分解產生的氫更有望成為可無限取用的再生能源。

科學家致力於利用太陽光、水與科技打造「人工光合作用」設備,想將水轉化成氫氣和氧氣,最後再將氫氣用於燃料電池。且相較於自然界中的光合作用,人工光合作用轉換效率或許可更高也更有效,劍橋大學聖約翰學院博士生 Katarzyna Sokół 表示,由於植物行光合作用只要滿足自身生存所需,自然界的光合作用效率其實不高,轉換效率和儲存量僅達 1-2%。

太陽光電解水製氫研究已行之有年,只是至今仍未能成功跨出實驗室。目前人工光合作用設備大多需要光催化劑,但這些光催化劑設備通常又貴又有毒性,沒辦法大規模工業生產。

因此劍橋的研究運用半人工光合作用(semi-artificial photosynthesis)技術,結合人造科技與自然機制,用酶來產生光合作用所需的反應,不用光催化劑就能產生氫氣、打造更好的人工光合作用設備。

在新研究中,劍橋團隊喚醒藻類休眠數千年的生物化學反應,大大提升人工光合作用的製氫與儲存量,Sokół 表示,藻類的氫化酶(hydrogenase)可將質子還原成氫氣,但這種反應並非藻類生存所需,已經在演化過程中逐漸停用。

為了讓研究順利進展,團隊打造一個太陽光電化學電池(photoelectrochemical cell),將可吸收藍光跟紅光的設備與氫化酶連接,讓氧化酶不活動(inactivity)就可將水分解成氫與氧。

團隊希望可利用該技術打造新一代人工光合作用設備,研究員指出,新技術已改進現有設備的製氫量與儲存量,且可吸收更多的自然光,認為該研究是一項「里程碑」,望能以此研究繼續開發半人工光合作用。Sokół 表示,我們可將各種反應組合在一起,看看會產生什麼結果並從過程中學習,最後打造更強大的太陽能技術。

(首圖來源:劍橋大學。文/DaisyChuang)

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