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人工系统的光合作用效率超过天然叶片

科学家们首次能够将化学电解与细菌活性有效地结合在一起。系统从字面上“从空中”产生酒精和其他物质




哈佛大学的研究人员创建了一个仿生系统，该系统利用无机材料和活微生物的混合机制以化学形式转换和存储太阳能。这种方案有助于立即解决两个问题：1）节约太阳能，白天白天产生的能量过多，而晚上则不够。 2）从大气中消除过量的CO 2。

新发明超越了所有现有类似发展的有效性，甚至超越了自然界中的光合作用。该科学文章于6月3日发表在《科学》杂志上（doi：10.1126 / science.aaf5039）。

伦敦帝国理工学院的约翰内斯·利施纳（Johannes Lischner）评论同事的工作时说： “我认为这实际上是一个令人兴奋的研究。 “将阳光转化为高性能的化学燃料有点像可再生能源的圣杯。”

仿生系统是一个带有两个电极，水和一个细菌富营养小球藻的菌落的广口瓶。电流通过电极并分解水分子，释放出氢气。



产生的氢气本来可以用作燃料，但科学家决定使该系统复杂化，使其更加高效。下一步，富营养性罗氏菌由大气中的氢气和CO 2供给。由于这些营养素，细菌菌落的大小正在积极地增长。在微生物的废物中，有各种有用的化学物质。科学家们进行了遗传修饰实验，并开发出可产生各种类型的酒精（图中的C 3和C 4 + C 5）和塑料前体（图中的PHB）的细菌。



数十年来，科学家一直在尝试在电极上生长细菌，使它们参与化学反应链，但在此过程中，不断出现各种问题，阻碍了创建真正有效的系统。

这些问题的主要是从电极中浸出重金属，以及以活性形式出现氧气。这两个过程都会压抑快乐，健康细菌的生命。哈佛化学家的一个重要发现是使用带有钴基阴极和阳极的电解系统。本质上，阴极和阳极产生协同作用，代表一种自愈系统。如果其中一种降解，则第二种向其提供物质，反之亦然。

与这项研究无关的独立专家认为，科学工作确实是革命性的。科学家们有史以来第一次能够将化学电解与细菌的活性相结合，并具有很高的能量转化率和节能性。自1960年代以来，一直在朝着这个方向努力。



该研究的作者能够通过生产细菌生物质和液体酒精实现约50％的CO 2还原效率。每1 kWh电力消耗180克CO 2。

如果将此系统与常规光电管结合使用，则CO 2的回收效率将约为10％ -高于自然光合作用！

科学家们建议，他们的将能量转化为液体燃料的高效电解系统将首先在没有发达电气基础设施的发展中国家中得到应用，以在白天分配和维护太阳能电池板产生的电能。

将来，技术可能会发现非常广泛的应用。对细菌进行基因工程改造并使其不仅适合生产酒精，还适合生产其他材料，这一点非常重要。正如科学著作的作者之一布伦丹·科隆（BrendanColón）在科学播客中所说，所有这些都可以从空气和阳光中无限量地获取。

该系统解决了储存电能的问题，但它也有助于从人类排放到大气中的过量CO 2中获得一些收益，每年燃烧数百万吨的碳氢化合物。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN394769/

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