轉折發(fā)生：人工光合作用將為世界供能？

去年美國刺激法案的一個有趣的副作用是，為美國能源高級研究計劃局（ARPA-E） ——類似于美國國防部高級研究計劃局（DARPA）中關注能源的部門，但是是民用性質的機構——提供了4億美元資助。同時在上周舉行的首屆能源高級研究計劃局會議上，麻省理工學院（MIT）的一名化學家丹·諾塞拉（Dan Nocera）展示了他如何合理地將刺激資金使用在研究新的光合作用過程上。使用一種特殊的催化劑，僅需要陽光和一瓶水，新的光合作用過程就能將水分解成氧氣和氫氣，并能高效率地為一間房子供能。

像有機光合作用（organic photosynthesis）一樣，諾塞拉的化學反應通過陽光將二氧化碳和水轉化成氧氣和能量。植物是以糖的形式產生能量，然而這種新的光合作用過程是以游離氫（free hydrogen）的形式產生能量。這種氫能夠在燃料電池中與氧氣再結合而生成電能，或者直接轉化成液體燃料。

大約4個小時的時間內，通過諾塞拉的催化劑處理的水能夠產生30度（千瓦小時）的電能。此外，這種新的光合作用過程也很便宜。實際上，是如此便宜以致諾塞拉能夠毫無問題地展望這一天的到來，即每間房子都能夠通過這種新的光合作用產生自己所需的燃料和電能。

如果丹·諾塞拉實現了他的人工光合作用方式，那么一瓶飲用水將能夠為一個發(fā)展中國家的家庭提供足夠的能量。MIT的化學家以及太陽催化劑（SunCatalytix）公司的創(chuàng)始人，諾塞拉已經開發(fā)出一種基于鈷的催化劑，使他能夠通過與植物相同的方式儲存能量：即分解水。

“幾乎所有的太陽能都儲存在分解水的過程中，”諾塞拉在3月2日的美國能源高級研究計劃局會議上所作的就職演說里講道。太陽催化劑公司是五家接受政府資助開發(fā)被稱為“電燃料”的“直接太陽能燃料”的公司之一，他們受能源高級研究計劃局——一個新成立的、致力于開發(fā)能源轉化技術的高級研究計劃局（Advanced Research Projects Agency）——的資助。“我們通過模擬光合作用來進行大型的太陽能存儲。”

據諾塞拉稱，他的新系統(tǒng)能夠在無需特殊溫度和壓力要求的條件下，也無需在一杯水中侵蝕——即便是受污染的水——的情況下運行。“如果為了儲存能量，你需要純凈水，那么純凈水將會把能量吸收，”諾塞拉說。“而我們卻使用水坑里的水（指污染的水）。”實際上，諾塞拉已經使用來自波士頓查爾斯河（Charles River in Boston）的未經處理的水測試了他的雛形方案。同時這個新的光合作用過程很便宜，不需要像商業(yè)電解槽（electrolyzer）那樣每千瓦電能耗資 12000美元。“那樣的話，將無法幫助改善美國的能源狀況或者世界上的窮人。”

通過由一個5米寬6米長的光伏陣列（photovoltaic array）產生的電能，諾塞拉宣稱他能夠在4小時內分解足夠的水“來儲存足夠美國一般家庭”一天所需的能量，即30度多一點。“我們需要停止那種一次性制造大型能源系統(tǒng)為大眾服務的做法。我們需要通過古老的美國式的方式一小步一小步地進行，然后再制造面向所有大眾的系統(tǒng)。”

他參照的例子？正是汽車。畢竟，在1898年時，全世界范圍內的相關公民領袖聚集在一起；因為有估計預測以當時的發(fā)展速度倫敦將被3米深的糞便掩埋（譯注：汽車工業(yè)之前，主要使用馬車；大量的馬車將產生大量的糞便）；紐約的樁柱將達3層樓那么高。然而在不到二十年的時間里，那個擔憂完全不存在了。 “他們沒有看到汽車工業(yè)的興起，”諾塞拉說。“轉折發(fā)生了。”