太阳能电池板的“重塑”：新原型可通过人工光合作用产生甲烷

利用太阳能发电的太阳能电池板正变得越来越普遍。不过事实上，当人类还在掌握将太阳能转化为燃料时，植物早已通过光合作用完善了这一过程。

最近，一组来自日本的研究人员报告称，他们复制了这一自然过程，从二氧化碳（CO2）、水和阳光中产生了甲烷，这是一种高能燃料。他们创新的原型系统可以为替代不可再生的化石燃料铺平道路。最新研究成果已于近期发表在了“ACS Engineering Au”杂志上。


虽然甲烷是一种温室气体，但它也是一种高能量密度的燃料，是天然气的主要成分。包括天然气在内的化石燃料需要数百万年的时间才能形成，从环境中提取它们可能会产生有害的影响。

随着时间的推移，找到利用可再生能源生产甲烷的方法有助于减少对不可再生化石燃料的需求。而太阳正是地球上最可持续、最丰富的能源之一。

此前，日本东京大学的Kazunari Domen及其同事开发了一种利用阳光将水分解成氢气和氧气的系统。现在，他们想把这个过程进化到更完全地模仿光合作用，吸收二氧化碳，把太阳能储存在甲烷中，同时仍然使用成本低、易于扩展的材料。

具体而言，该团队创造了一组类似于太阳能电池板的反应电池，每个电池上都涂有一层掺杂铝的钛酸锶（SrTiO3）光催化剂，以帮助为反应提供动力。

这些涂有涂层的电池充满水并置于阳光下。在这些条件下，水分解成氢气和氧气，这两种气体被分离，纯化后的氢气被送入系统的第二部分。在第二个腔室中，氢气与二氧化碳反应，形成甲烷和水，后者通过光反应器再循环到第一步。


接下来，他们创造了一个130平方英尺的电池阵列，在各种天气条件下连续工作三天。研究人员说，这个概念验证系统可以用于帮助生产塑料或其他化学原料的前体，也可以扩大规模以生产更多的可持续生物燃料。

虽然前景光明，但研究小组认识到，在这些设备成为大规模发电的可行选择之前，人工光合作用系统的效率需要提高。