研究人员开发出了一种复制光合作用的原型系统，利用阳光、水和二氧化碳生成甲烷。这项创新标志着向可持续燃料生产和减少对不可再生化石燃料的依赖迈出了重要一步。利用太阳能发电的太阳能电池板越来越普及。虽然人类仍在掌握如何将太阳能转化为燃料，但植物早已通过光合作用完善了这一过程。

最近，发表在《ACS Engineering Au》上的研究人员复制了这一自然过程，利用二氧化碳（CO2）、水和阳光制造出高能燃料甲烷。他们的创新原型系统有助于为取代不可再生的化石燃料铺平道路。

尽管甲烷是一种强效温室气体，但它也是一种高能量密度燃料，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才能形成，从环境中提取这些燃料会产生有害影响。找到利用可再生能源生产甲烷的方法，有助于随着时间的推移减少对不可再生化石燃料的需求。

这种特化细胞阵列有助于利用人工光合作用生产更多可持续燃料。图片来源：改编自《ACS Engineering Au》，2023，DOI: 10.1021/acsengineeringau.3c00034

太阳是每天为地球提供可持续、丰富能源的来源之一。人类曾尝试用太阳能电池板来利用这一资源，但植物已经掌握了这一方法，它们利用阳光进行光合作用，将二氧化碳和水转化为氧气和糖，然后用作燃料。

此前，Kazunari Domen 及其同事开发了一种系统，利用阳光将水分成氢气和氧气。现在，他们希望对这一过程进行改进，以便更全面地模仿光合作用，吸收二氧化碳，将太阳的能量储存在甲烷中，同时仍然使用具有成本效益且易于扩展的材料。

开发甲烷生产原型

研究小组制作了一组类似太阳能电池板的反应池，每个反应池都涂有掺铝钛酸锶（SrTiO3）光催化剂，以帮助启动反应。将这些涂有催化剂的电池装满水，放在阳光下暴晒。在这种条件下，水分裂成氢气和氧气，并将其分离，净化后的氢气被送入系统的第二部分。在第二部分中，氢气与二氧化碳发生反应，生成甲烷和水，后者通过光反应器被循环回第一步。

接下来，他们创建了一个 130 平方英尺的电池阵列，大小相当于一间小卧室，在各种天气条件下连续运行了三天。虽然前景看好，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还需要提高。研究人员说，这种概念验证系统可用于生产塑料或其他化学原料的前体，也可扩大规模，生产更多的可持续生物燃料。

参考文献："太阳光驱动的光催化水分离和二氧化碳甲烷化作为人工光合作用的一种手段生产甲烷"，作者：Taro Yamada、Hiroshi Nishiyama、Hiroki Akatsuka、Shinji Nishimae、Yoshiro Ishii、Takashi Hisatomi 和 Kazunari Domen，2023 年 9 月 25 日，ACS Engineering Au。

DOI: 10.1021/acsengineeringau.3c00034

编译来源：ScitechDaily