来自太阳的液体燃料

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“这是我们的人造太阳,”乔尔·阿格说,当他用模拟的宏伟姿势朝着一个大约相当于一个旧电脑塔大小的金属盒子的姿势发出一个发光的镜头,它看起来像是从一台投影仪上移过来的,从一个洞里闪闪发光

它的目标是一个装满水的烧杯,坐在几英寸远的地方,Ager的同事制作了一个金属牙签大小的棒,将鳄鱼夹在电极上,并将它浸透在光线下,淹没的棒变成了发光的红色“等待它,“琼脂说,几秒钟后,红色材料开始散发出氧气泡,慢慢地用微小的球体镀银

红色的棍子是有朝一日能成为太阳能燃料发生器的核心,可以转化水,光,大气中的碳转化为液体燃料,氧气是其唯一的副产品由纳米薄的半导体层构成,可以将水分子分解成它们的组成部分 - 氢和氧 - 它将它们的电子重新排列成氢原子矿石吐出剩余的自由氧气我们刚刚看到的气泡是释放的氧气,光线完全模仿了北纬地区中午你会得到的那种阳光Ager,一种结实,快速的说话劳伦斯伯克利国家实验室的科学家,是这里研究设备的数十名研究人员之一,受到植物用来从阳光中吸取能量的过程的启发

这一过程,光合作用,是植物细胞和少数其他生物体所独有的

它还给太阳能燃料发电机起了绰号:人造叶子(David Owen去年为该杂志撰写了一篇关于由研究员Daniel Nocera主持的另一个相关人工叶子项目的专题文章)数十亿年前,在地球的原始海洋中一些细菌进化出光合作用的能力,从水,碳和阳光中汲取营养

在某些时候,这些光合作用中的一种被另一种细菌S吃掉了omehow,光合作用器在其潜在的吞噬者中幸存下来,通过用来自太阳的能量滋养来创造共生关系当细菌繁殖时,它的女儿们也包含有用的共生物作为美国自然历史博物馆无脊椎动物学家策展人Eunsoo Kim最近发现,甚至可能还有第三阶段的吸收,其中细胞内的细胞被另一种细菌消耗了数千年的进化,这些细菌变成了叶绿体,植物中的器官负责光合作用而因此化学物质光合作用过程从单细胞细菌传播到植物通过多阶段吸收过程地球上的每一种植物都将其能量制造能力归功于那些细菌,这些细菌机会性地从他们周围的能量产生细胞中吞噬了他们所需要的东西Kim的洞察力提供了有力的证据证明太阳能已经在地球上逐渐散布,就像每个新物种一样光合作用进入其生命周期Ager告诉我,他看着植物并看到它们的“组成部分”,对叶绿素特别感兴趣,叶绿素是植物和其他生物叶绿体中的一种色素,能够将能量输入植物的其他部分它通过吸收蓝色和红色光同时将绿色反射回我们的眼睛来实现这一点对于艺术家来说,这个过程创造了森林的郁郁葱葱的绿色;对于物理学家来说,这只是令人沮丧的“我看看它吸收的光的波长,并认为我想使光合作用更有效率,”Ager说发明了一种机器,其工作方式与植物一样,已有数十亿年,但更有效率,需要创建一种新的实验室:伯克利的人工光合作用联合中心(JCAP),它将基础科学研究与快速原型制作相结合化学家,物理学家和工程师团体通常安置在大学校园的不同建筑物中 - 一起工作在这里,分享办公室和想法当我在初夏访问时,高级研究人员与本科生一起工作,凝视烧杯并将戴着橡皮手的手插入玻璃封闭的气室 将单层原子喷射到基板上的机器位于距离3-D打印机一个实验台的位置;设计纳米尺度结构的人可以观看,因为他们几乎看不见的创作逐渐变成了看起来像闪亮的黑色瓷砖的光收集器,技术人员将插入到3D化学教科书大小的3D打印太阳能发电机底盘中JCAP的工作非常有前景是美国能源部作为“能源创新中心”的五个实验室之一,它获得了五年,一亿二千二百万美元的拨款

这笔资金将支持一百多个伯克利和加州理工学院的科学家,以及在伯克利建造一座新建筑,致力于开发一种生产碳氢化合物燃料的太阳能燃料发电机

在过去的几十年里,人造叶片已经有很多尝试,包括正在进行的项目

由Nocera执导的哈佛,其目标是创建一个生产氢燃料的低成本系统但JCAP的研究人员正在超越氢;他们希望利用光合作用制造像汽油一样的碳氢化合物燃料,可以填满汽车的油箱JCAP管理团队成员Frances Houle,从IBM的研究化学家职位上升到劳伦斯伯克利的董事,比较了什么是在JCAP上发生了IBM和贝尔实验室曾在二十世纪所支持的内容:基于正确处于产品周期尖端的基础研究人工叶片尚未成熟到足以推向市场,但它作为一项近期业务仍然很有前景能源公司的主张虽然太阳能长期以来一直是化石燃料的常用替代品,但它目前是间歇性的能源,因为一旦黑暗或降雨,很难储存光伏电池产生的电力化学家Rachel Segalman,Ager的同事和频繁的研究合作者,加入我们展示太阳能发电机的原型版本,这是三维打印机塑料管的新鲜蛇进入装置:一个吸入水,另一个释放氢气,可以储存为液体燃料,可以倒入桶中,运输,并完全按照石油和天然气的方式使用Segalman告诫说什么她的设计实际上只是光合作用的“粗略近似”“叶子不会产生燃料它会产生糖和其他需要生长和维持植物的东西,”她解释说,调整眼镜上的防溅罩“我们不知道”需要的任何一个我们将采取叶子的想法将阳光转化为食物,并弄清楚如何将它变成燃料为我们“这看起来怎么样

在某些时候,如果JCAP的设备成熟,我们可能会在红色半导体材料中涂覆涂层的区域,我看到在人造太阳下冒泡,慢慢地将碳氢化合物液体燃料释放到桶中

这些太阳能燃料桶将逐渐取代新的石油桶

美国能源部长朱棣文称之为“葡萄糖经济”的能源制度是碳中性的,当然,楚的葡萄糖经济主要指从实际植物中提取的生物燃料JCAP的目标是切断生物中介正如Segalman所说的那样,“可能是什么使得它最像一片叶子,最终你最终会得到一张分层板,你可以在阳光下放出来产生燃料”这是自然解构但它也是工作的延续大自然的开始,在进化的过程中,用蓝绿色的藻类填充海洋,覆盖我们在蕨类植物,橡树和兰花中的陆地,就像那些h数十亿年前的人类细菌,今天的人类正在寻找新的动力源如果我们很幸运,我们会找到一个他们所做的,通过将光合作用转化为我们可以使用的东西Annalee Newitz是io9的编辑和作者“分散,适应和记住:人类将如何在大规模灭绝中生存”摄影:斯蒂芬多伊尔

作者:国飘嬗