劍橋大學的科學家們已經開發出一種”人造葉子”，它以太陽光為動力，將二氧化碳和水轉化為乙醇和丙醇。這項創新消除了生產合成氣的中間步驟，使該技術更加實用，並為可持續的零碳排放的未來鋪平道路。

來自劍橋大學的研究人員利用光合作用的力量，將二氧化碳、水和陽光在一個步驟中轉化為多碳燃料– 乙醇和丙醇。這些燃料具有很高的能量密度，可以很容易地儲存或運輸。

與化石燃料不同，這些太陽能燃料產生淨零碳排放，而且完全可再生，與大多數生物乙醇不同，它們不會從糧食生產中轉移任何農業用地。

雖然該技術仍處於實驗室規模，但研究人員表示，他們的”人造樹葉”是向基於化石燃料的經濟過渡的重要一步。該結果在《自然-能源》雜誌上刊出。

生物乙醇被認為是汽油的清潔替代品，因為它是由植物而不是化石燃料製成的。今天在道路上行駛的大多數汽車和卡車都使用含有高達10%乙醇的汽油（E10燃料）。美國是世界上最大的生物乙醇生產國：根據美國農業部的數據，美國種植的所有玉米中幾乎有45%被用於生產乙醇。

領導這項研究的Erwin Reisner教授說：”像乙醇這樣的生物燃料是一項有爭議的技術，主要是因為它們佔用了本可以用來種植糧食的農業用地。”

帶有人造葉子的光反應器在太陽照射下工作

幾年來，位於優素福-哈米德化學系的賴斯納研究小組一直在開發可持續的零碳燃料，其靈感來自於光合作用–植物將陽光轉化為食物的過程–利用人造葉子。

到目前為止，這些人造葉子只能製造簡單的化學品，如合成氣，一種氫氣和一氧化碳的混合物，用於生產燃料、藥品、塑料和肥料。但是為了使該技術更加實用，它需要能夠在單一太陽能供電的步驟中直接生產更複雜的化學品。

現在，這種人造葉子可以直接生產清潔的乙醇和丙醇，而不需要生產合成氣的中間步驟。

研究人員開發了一種基於銅和鈀的催化劑。該催化劑經過優化，允許人造葉子生產更複雜的化學品，特別是多碳醇的乙醇和正丙醇。這兩種醇都是高能量密度的燃料，可以輕鬆運輸和儲存。

其他科學家已經能夠利用電力生產類似的化學品，但這是第一次只利用太陽的能量用人造葉子生產如此復雜的化學品。

論文的第一作者Motiar Rahaman博士說：”將陽光照射在人造葉子上，並從二氧化碳和水中獲得液體燃料，這是一個令人驚訝的化學過程。通常情況下，當你試圖使用人造葉子裝置將二氧化碳轉化為另一種化學產品時，你幾乎總是是得到一氧化碳或合成氣，但在這裡，我們已經能夠僅僅使用太陽的力量來生產一種實用的液體燃料。這是一個令人興奮的進步，為我們的工作開闢了全新的途徑。”

目前，該裝置是一個概念驗證，只顯示出適度的效率。研究人員正在努力優化光吸收器，以便它們能夠更好地吸收太陽光，並優化催化劑，以便它能夠將更多的太陽光轉化為燃料。還需要進一步的工作，使該裝置可以擴展，以便它可以生產大量的燃料。

“即使仍有工作要做，我們已經展示了這些人造葉子的能力，”Reisner說。”重要的是表明我們可以超越最簡單的分子，製造出在我們過渡到遠離化石燃料時直接有用的東西。”