研究人員開發了複製光合作用的原型系統，利用陽光、水和二氧化碳生成甲烷。這項創新標誌著向永續燃料生產和減少對不可再生化石燃料的依賴邁出了重要一步。利用太陽能發電的太陽能板越來越普及。雖然人類仍在掌握如何將太陽能轉化為燃料，但植物早已透過光合作用完善了這個過程。

最近，發表在《ACS Engineering Au》的研究人員複製了這個自然過程，利用二氧化碳（CO2）、水和陽光製造出高能量燃料甲烷。他們的創新原型系統有助於為取代不可再生的化石燃料鋪平道路。

儘管甲烷是一種強效溫室氣體，但它也是一種高能量密度燃料，是天然氣的主要成分。包括天然氣在內的化石燃料需要數百萬年才能形成，從環境中提取這些燃料會產生有害影響。找到利用再生能源生產甲烷的方法，有助於隨著時間的推移減少對不可再生化石燃料的需求。

這種特化細胞陣列有助於利用人工光合作用生產更多永續燃料。圖片來源：改編自《ACS Engineering Au》，2023，DOI: 10.1021/acsengineeringau.3c00034

太陽是每天為地球提供永續、豐富能源的來源之一。人類曾嘗試用太陽能板來利用這項資源，但植物已經掌握了這個方法，它們利用陽光進行光合作用，將二氧化碳和水轉化為氧氣和糖，然後用作燃料。

此前，Kazunari Domen 及其同事開發了一種系統，利用陽光將水分成氫氣和氧氣。現在，他們希望對這一過程進行改進，以便更全面地模仿光合作用，吸收二氧化碳，將太陽的能量儲存在甲烷中，同時仍使用具有成本效益且易於擴展的材料。

開發甲烷生產原型

研究團隊製作了一組類似太陽能板的反應池，每個反應池都塗上摻鋁鈦酸鍶（SrTiO3）光催化劑，以幫助啟動反應。將這些塗有催化劑的電池裝滿水，放在陽光下曝曬。在這種條件下，水分裂成氫氣和氧氣，並將其分離，淨化後的氫氣被送入系統的第二部分。在第二部分中，氫氣與二氧化碳反應，生成甲烷和水，後者透過光反應器被循環回第一步。

接下來，他們創建了一個 130 平方英尺的電池陣列，大小相當於一間小臥室，在各種天氣條件下連續運行了三天。雖然前景看好，但研究團隊意識到，在這些設備成為大規模發電的可行選擇之前，人工光合作用系統的效率還需要提高。研究人員說，這種概念驗證系統可用於生產塑膠或其他化學原料的前體，也可擴大規模，生產更多永續的生物燃料。

參考文獻：”太陽光驅動的光催化水分離和二氧化碳甲烷化作為人工光合作用的一種手段生產甲烷”，作者：Taro Yamada、Hiroshi Nishiyama、Hiroki Akatsuka、Shinji Nishimae、Yoshiro Ishii、Takashi Hisatomi 和Kazunari Domen，2023 年9 月25 日，ACS Engineering Au。

DOI: 10.1021/acsengineeringau.3c00034

編譯來源：ScitechDaily