作者：Javier Garcia Martinez
编译：赛维坦
人造叶子的概念非常有意义。叶子通过利用太阳的能量将二氧化碳转化成为碳水化合物，为植物细胞活动提供动力。几十年来，科学家一直在努力设计一个类似于光合作用的过程，以产生可以储存的燃料。这可以解决太阳能和风力发电面临的主要问题——提供了一种没有太阳光和空气中仍然存放能量的方式。
人造叶子工作原理效果图
许多研究人员多年来一直致力于开发一种人造光合作用的机制，其中日光活化的催化剂分解水分子，产生氧气和氢气—— 后者是利用广泛可持续技术创造的有价值的化学品。更接近实际光合作用的步骤，是在将二氧化碳转化为烃的还原反应中使用该氢。像一个真正的叶子，这个系统将只使用二氧化碳，水和阳光生产燃料。这一成就可能是革命性的，能够建立一个封闭的系统，其中将燃烧排放产生的二氧化碳转化为燃料，而不是增加大气中的温室气体。
用人造叶子进行墙体照明的建筑构想图
一些研究人员正在追求这一目标。最近，一组已经证明有可能水裂解和二氧化碳转换以高效率成燃料在一个系统中。在2016年6月的“科学”杂志上，哈佛大学的Daniel G. Nocera、Pamela A. Silver和他们的同事研究出一种制造液体燃料（特别是杂醇）的方法，其远远超过了天然叶子的二氧化碳转化率。一个工厂只使用从太阳获得能量的1％来制造葡萄糖，而人造系统在将二氧化碳转化为燃料方面实现了大约10％的效率，相当于每千瓦小时从空气中抽取180克二氧化碳发电。
研究人员将无机太阳能水分解技术（仅设计为仅使用生物相容性材料，并避免产生有毒化合物）与专门设计用于生产燃料的微生物配对在一个容器中。值得注意的是，这些代谢工程化的细菌，即使在低的二氧化碳产生的各种燃料和其他化学产品的浓度。该方法已经具备转换为催化剂（获取金属）的条件，且制作方便、低价。但调查人员仍然需要大幅度增加燃料的生产。Nocera表示，该团队正在研究原型技术，并与几家公司进行合作讨论。
由皇家艺术学院创新工程专业Julian Melchiorri所设计的蚕丝人造叶子
Nocera拥有更大的基础技术愿景。除了以可持续的方式生产氢和富含碳的燃料，他已经表明，通过给系统配备不同的代谢、改变的细菌，可以在土壤中产生氮肥，这种方法可以增加常规肥料的作物产量。细菌使用氢和二氧化碳形成用作燃料供应的生物塑料。一旦微生物含有足够的塑料，它不再需要阳光，所以它可以被埋在土壤中。从空气中抽出氮气后，利用塑料中的能量和氢气来制作肥料。含有微生物的土壤中生长的萝卜比对照萝卜多达150％。
诺科拉承认，他最初是进行肥料测试，只是为了看看这个想法是否有效。然而，他认为，当细菌将通过水分解产生的“呼吸氢”时，根据为臭虫设计的具体代谢改变，最终使用氢气产生从燃料到肥料，塑料和药物的所需产品。
编译：江培 、周佩欣
编辑：张纪腾
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