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普渡大学探讨人工光合作用 有望提供清洁、可持续的能源

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时间:1900/1/1 0:00:00

植物可以从阳光中获得能量,这种将阳光直接转化为可用能量的过程被称为光合作用。据外媒报道,普渡大学理学院的生物物理学家和物理学教授Yulia Puskhar正试图模仿植物利用太阳能(000591,股票栏)来获得清洁、可储存和高效的燃料。这将有助于开辟一个清洁能源的新领域,在这个领域,一小时内以阳光的形式照射在地球上的能量足以满足人类文明全年的能源需求。

光合作用是一个复杂的过程。植物通过这个过程将阳光和水分子以葡萄糖的形式转化为可用的能量。通常,这需要使用叶绿素、蛋白质、酶和金属。目前,最接近光合作用的人工过程是光伏技术,它通过太阳能电池将太阳能转化为电能。然而,这个过程效率低下,只能捕获大约20%的太阳能。相比之下,光合作用的效率要高得多,因为它可以将60%的太阳能作为化学能储存在相关的生物分子中。在简单的光伏电池中,太阳能电池板的效率受到半导体吸收光能的能力和电池发电能力的限制。通过人工光合作用,可以克服这些限制。Pushkar说:“相关系统应该很容易达到60%的效率,我们甚至可以想象一个效率高达80%的系统。光合作用在分解水分方面非常有效,这是人工光合作用的第一步。植物中的光系统II蛋白每秒可以运行1000次。眨眼之间,一切都完成了。”。“Pushkar的团队通过构建人造树叶模拟来模仿这一过程,收集光并分解水分子以产生氢气。氢气可以通过燃料电池用作单独的燃料,添加到天然气等其他燃料中,也可以内置到燃料电池中,为车辆、房屋、小型电子设备、实验室和医院提供电力。最近,该团队观察到d光合作用过程中水分子的分裂模式。科学家们结合自然光系统II蛋白质和合成催化剂进行了实验,以了解最有效的因素及其工作方式。与此同时,研究人员还优先使用易于获取且无的化合物和化学品。然而,人工光合作用的研究过程很慢,因为它涉及多种因素。普什卡尔说:“这个反应非常复杂。分解水分子的化学过程极其复杂和困难。”普什卡尔认为,在未来10-15年内,相关研究将取得巨大进展,商业人工光合系统可能投入使用。

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