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Feb. 17 2015

科學家改造細菌,讓陽光直接轉變為液態燃料

  • 科學家改造細菌,讓陽光直接轉變為液態燃料

    科學家改造細菌,讓陽光直接轉變為液態燃料

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新研究可能成為「人工樹葉」的推手

丹尼爾•諾塞拉的人工樹葉用太陽的能量分解水,但這個世界還沒準備好使用它製造出的氫氣。新的研究使用細菌將氫轉化成液態燃料。
Photograph by Dominick Reuter, MIT

丹尼爾•諾塞拉(Daniel Nocera)是「人工樹葉」的先驅,這種仿真的葉子用太陽和水就能製造能量。諾塞拉標榜這種矽電池是一大突破,能讓每個家庭變成自己的發電所。

諾塞拉是在幾年前發表這個吸引人的發明,但它雖然吸引了很多關注,卻不算成功。人工樹葉是種便宜、和晶片一樣薄的原件,它很好用,但是有個重大缺陷。諾塞拉說「人工樹葉的問題是它產生的是氫氣。」可是世界上還沒有使用氫氣的基礎建設。儘管Toyota和其他車廠正在設計只排放水蒸汽的氫燃料汽車,加燃料卻是個問題:多數加油站只提供液態燃料。

儲存太陽能

諾塞拉和哈佛大學的生物學家合作,並且將最新成果詳細發表在週一的《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)中。他們打造了一種特殊的細菌,能將(從人工樹葉或其他來源得到的)氫轉換成醇基燃料。

哈佛大學的研究員致力於解決所有供電事業都會面對的問題:捕捉太陽能已經取得了很大的進展,但要怎麼儲存這些能量以備沒有陽光時使用?進一步來說,儲存的能量除了發電以外還有其他用途嗎?

自然的光合作用下,陽光碰到水和二氧化碳會產生生物量。但是要將生物量轉換成燃料,通常還會需要一個步驟,例如分解玉米製造乙醇。但研究員製作了一個基因改造細菌,它能夠跳過產生生物量的步驟,直接製造出液態燃料。他們用人工樹葉將水分解成氧和氫。特殊的細菌吸收氫,將它與二氧化碳結合產生異丙醇(一種類似乙醇的酒精燃料)。

諾塞拉說,這個系統會很像一個藻類農場,不過這種細菌不像藻類需要持續的光照和維護。

驚人的發現

諾塞拉的團隊還解決了一個問題,這個問題已經困擾細菌和太陽能的研究者很久了,就是細菌會死亡。維持細菌的生命需要使用高電壓電流,讓這個方法很沒效率。

殺死細菌的凶手是一種被稱為活性含氧物(reactive oxygen species)的分子,但令人意外的是活性含氧物的來源。水被分解後,產生活性含氧物的是水分解出的氫,而不是氧。諾塞拉說「我們很驚訝,還為此困惑了一陣子。」確定問題後,哈佛大學的研究員就能更有效率地製造燃料了。

美國國家再生能源實驗室(National Renewable Energy Laboratory)的研究員約翰•特納(John Turner)說諾塞拉的論文是很出色的科學研究,但他也提醒,諾塞拉與哈佛大學研究員的成果,離商業可行性還有很長的一段路。特納說,除了栽培微生物和提取燃料所需的能量,任何需要二氧化碳的系統,都必須要能從大氣層中取得二氧化碳才能永續發展,「而這將會是一個能源密集的過程。」

諾塞拉知道他的系統必須要更有效率。他說,要把它當一個產業經營以前,「我們還需要更多科學研究。」但他也說,最近發表的這篇論文包含很多進展,能讓其他科學家應用。「裡面有許多很不錯的科學,大家可以在這個基礎上加以發展。 」

撰文:Christina NunezNational Geographic透過Twitter關注Christina Nunez。)

編譯:陳潔

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