人造光合作用實驗成功！一旦量產，地球氣候惡化進程將有望逆轉
眾所周知，如今的地球正面臨着前所未有的氣候挑戰，二氧化碳濃度突破了人類記錄和考古發現的新高。隨着二氧化碳濃度的不斷上升，温室效應導致的全球變暖也越來越嚴重。
全球變暖會帶來一系列更壞的影響，永久凍土消融、海平面上升……而且這是一個惡性循環，很可能進一步加劇温室效應。為了拯救地球生物，科學家們強烈建議世界各國做出自己的貢獻，緩解氣候的惡化。
想要緩解温室效應，最有效的渠道就是節能減排，儘量使用清潔能源，減少二氧化碳的產生。我們常説開源節流，這是開源的方法，我們必須同時配合節流才能達到事半功倍的效果。如何減少已經產生的二氧化碳呢？那就是植物的光合作用。
如果沒有植物的光合作用將二氧化碳轉化為氧氣，地球就不可能出現今天的生態圈。但問題在於，人類對樹木的砍伐從沒有停止，再加上此起彼伏的山火，地球的植被也面臨着前所未有的危機。恢復植被是一個漫長的過程，不可能畢其功於一役，但地球氣候的惡化已經刻不容緩。於是，有人聰明地想到：如果我們人工開發一種光合作用的流程，不就可以解決這個問題了？
想法是美好的，但實際操作起來卻非常困難。好在最近，英國劍橋大學的化學家們在Erwin Reisner教授的帶領下，取得了一項可喜的突破，實現了人工的光合作用，有望在未來成為改變地球氣候的有力武器。
這種人工光合作用和植物有所不同，我們知道，自然界植物中最常見的光合作用是水和二氧化碳在光照的條件下合成氧氣和糖類，而劍橋大學的科學團隊開發出來的反應過程卻並沒有合成糖類，而是生成了甲酸。甲酸的用途非常廣泛，既可以直接使用，也可以轉化為氫氣。
這個化學反應可以説有着極大的好處。首先它可以吸收空氣中的二氧化碳，降低二氧化碳濃度，緩解温室效應；其次，它產生的甲酸如果直接利用，可以減少工業製備甲酸帶來的能源消耗和排放；如果將甲酸轉化為氫氣的話，也是一種非常清潔的能源，同時這個過程相當於人類以一種新穎的方式來儲存太陽能以備使用，同樣非常清潔。
研究團隊中的化學家王倩（音譯）博士是本次研究的參與者，在發表於《自然能源》雜誌的論文中，她是第一作者。她興奮地介紹説：“這個反應的專一性讓我們非常驚喜，它幾乎不會生成任何副產品。世界上的事難以達到盡善盡美是很正常的，但這一次卻是個例外，它的表現超出了預期。”
（圖片説明：本次實驗中所用到的設備）
沒有副產品，對於這項實驗來説也是一個重要的突破。首先，這可以避免想要的產物和副產品進行分離的麻煩；其次，沒有副產品意味着反應的效率非常高，能夠在最大程度上將太陽能轉化為可以儲存的燃料，而不會產生大量沒有必要的廢品，也免去了再去處理廢品的複雜工序。
這次實驗之所以取得了成功，很大一部分原因要歸功於他們所採用的光觸媒片。這種光觸媒片是由特殊的半導體粉末製成的，研究團隊將它放在了水裏，然後利用陽光進行照射。在含鈷化合物的催化作用下，電子就會發生轉移，從而引發氧化反應。除此之外，這個實驗並沒有使用其他額外的設備，而且不需要外加的能源，可以説非常高效又簡潔。
在本次實驗中，他們打造出來的光觸媒片非常小，只有20平方釐米，和一塊餅乾差不多一樣大。所以，它所能進行的人工光合作用還相當有限。不過，Reisner教授的團隊相信，這個產品的生產規模擴大並不是什麼難事，而且成本也不會高得離譜。因此，未來還是有希望將它量產，形成一個產業。
根據他們的設想，未來人類可以打造大型的光觸媒片陣列，就像是農場的大片太陽能電池板一樣。而且，它們吸收的太陽能都能夠以甲酸的形式存儲在溶液中，根據需要靈活使用，非常方便。
值得稱道的是，這個實驗室多年以來，一直致力於這方面的工作，並且已經不是第一次取得類似的成果了。2019年的時候，該實驗室就開發了“人工樹葉”，將陽光和水轉化為燃料。而如今的實驗屬於更進一步的突破，材質更加堅硬，也更容易擴展，最終吸收到的太陽能也更容易儲存。
同時，Reisner教授也闡述了這次實驗的優勢：“氣體燃料的儲存以及它與副產品的分離相對比較複雜，我們始終致力於開發一種能夠產生純淨液體燃料，並且易於保存和運輸的模式，我們希望這項技術能夠開創一條通往可持續並且實用的太陽能燃料生產模式。”
不過，這不意味着這項實驗已經可以投入正式使用。研究人員希望能夠提高效率，通過嘗試不同的催化劑，找到更快速的反應過程。同時，他們也希望能夠發現更多的反應模式，獲得其他有用的產物。
總之，這一次實驗的成功絕對不意味着研究的結束，恰恰相反，這意味着這個項目才剛剛步入正軌。如果能夠實現量產，那麼人類將會獲得大量的清潔能源，並且大幅減少二氧化碳的排放。
就像我們前面所説的那樣，遏制二氧化碳濃度的提升已經刻不容緩。空氣中每一份二氧化碳都是一個惡性循環的罪魁禍首，可以導致滾雪球式的惡果。因此，我們迫切需要高效的二氧化碳吸收模式和清潔能源的來源。人工光合作用給我們提供了一個可能，能夠在開源節流兩個方面都起到意想不到的作用，還能更好地利用太陽能。
劍橋大學的化學家們開闢了一條新的道路，其他科學家們可以加入到類似的研究中來。當植被的增長速度達不到我們的需求時，通過人類的科技實現人工光合作用，也是一個不錯的選擇。如果發展出來的科技不能用於拯救地球，那麼科技也就沒有意義了。