細菌 微型太陽能板，只要一個桶就能進行光合作用！

在化石能源危機四起的今天，能有效收集存儲利用天然核反應堆——太陽，成為當今科技發展的議題。自然界中光合作用是有效利用太陽光的途徑之一，但是，自然界的光合作用效率一般不高，大部分植物將太陽光轉化成生物質的轉化率僅為0.1%-0.2%，就算是生物反應器條件下的微藻類，目前也只在1—2%。

因此，科學家們一直希望能夠跳出植物的視角，能夠人工利用太陽光來「山寨」光合作用，人工光合作用就是收集「液態陽光」的一個過程，通過清潔、綠色過程來減少二氧化碳並生產高價值化工產品，將太陽光轉化為液態燃料存儲起來。

人工光合作用其中一個方法是將細菌與無機半導體結合，納米半導體粒子主要是收集陽光，這模擬自然界光合作用中葉綠素的作用。

在最近的第 254 屆美國化學會全國會議暨博覽會上，來自美國勞倫斯伯克利實驗室的 Kelsey K. Sakimoto 團隊提出一種新型微型太陽能電池板，其是由細菌組成的混合系統。該系統利用硫化鎘（CdS）納米粒子改造非光合作用的細菌Moorella thermoacetica，太陽能電池板表面是由可以捕獲太陽光子硫化鎘納米粒子組成，光激發硫化鎘CdS後可以產生光生電子-空穴對，並用於參與人工光合作用中的化學反應。

圖丨細菌修飾CdS生物反應器（左）；吸收光的納米晶體（中）將太陽光、二氧化碳、水轉化為有用的化學物質（右）

隨後他們表示，該 CdS-Moorella thermocatica 系統可以利用光將二氧化碳還原為乙酸。乙酸是一種通用型的化學原料，可以用於製造聚合物、藥物以及液體燃料，並且廚房裡醋 5—20% 是由乙酸構成。Sakimoto 團隊也將致力於將二氧化碳轉化為其他化學燃料如，甲醇、液氫等液體燃料存儲起來。

Sakimoto 說：「一旦這些微型太陽能電池板『裝上』這些細菌，這樣細菌就可以全部通過太陽能生產食物、燃料以及塑料」。那麼為什麼需要太陽能電池板這樣一個媒介呢？因為只有光伏電池可以將所有太陽光轉化成電子流，而自然光合作用只是將其轉化成植物生長所需要的食物。

而這樣一個細菌-半導體混合的人工光合作用的效率有多高呢？Sakimoto 說，「可以超過80%」。而且得益於細菌這樣一個生物體，該系統可以進行自我複製和繁殖，從而可以長期穩定進行人工光合作用。不同於許多人工光合作用裝置，這樣一個系統裝置不需要花費巨大的固體電極，因為在進行化學能轉化過程相對於整個裝置是獨立的，只需要一個桶就可以在太陽光下進行反應。

這樣一個高效的人工光合作用無疑為人類的能源未來制定一份 B 計劃。一向看好新能源的比爾·蓋茨也格外關注人工光合作用。他認為這項技術具備光明前景，並稱該技術很「奇妙（magical）」。2015 年，他還和多位全球商界名人聯合成立了一個旨在全球範圍內開發清潔能源的機構——突破能源聯盟 (Breakthrough Energy Coalition)。馬雲、馬克·扎克伯格、貝佐斯等都是該基金會的投資人。

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