用人造树叶从稀薄的空气中制造燃料

剑桥大学能源与可持续发展教授欧文·赖斯纳指出，太阳产生的能量足以满足人类活动的需要，但我们仍然无法捕捉到足够的能量。

虽然太阳能电池板近年来取得了很大的进步，变得更便宜、更高效，但它们只提供电力，而不是可储存的液体燃料，后者仍然需求很大。

如果你看看全球的能源组合和需求，电力可能只占20-25%。因此，问题是，当我们覆盖了这25%之后，我们下一步该怎么做？赖斯纳教授问道。

他的答案是仰望大自然：植物是一个巨大的灵感，因为它们在数百万年的时间里已经学会了如何吸收阳光并将能量储存在能源载体中。

我真的相信在接下来的二十年里，人工光合作用将成为能源组合的一部分。

当植物进行光合作用时，它们吸收水和二氧化碳，并利用来自太阳的光线将这些原材料转化为生长所需的碳水化合物。

赖斯纳教授表示：我们想复制这一模式，但我们并不是真的想生产碳水化合物，因为它们的燃料质量很差，所以我们不生产碳水化合物，而是尝试生产更容易使用的产品。

另外一个问题是，植物实际上并不擅长光合作用，只将大约1%或2%的太阳能转化为燃料。美国能源部的结论是，要使人工光合作用在经济上可行，效率需要提高到5%到10%之间。

赖斯纳教授的团队已经研究了许多方法，包括一种模拟自然光合作用的系统，该系统使用酶来分解水并产生燃料所需的氢气。

从长远来看，或许更有希望的是他的团队最近开发的一种小型设备，可以将阳光、二氧化碳和水转化为氧气和甲酸，甲酸是一种具有高能量密度的液体燃料。

该设备包含一个电池板，该电池板位于水和二氧化碳的浴缸中。在阳光下，电池板释放电子，电子与二氧化碳和水中的质子结合，生成甲酸。

这些系统就像面板或薄板。雷斯纳教授表示：这是一款非常薄的设备，你几乎可以把它想象成一张纸。

也许这款设备向前迈出的最大一步是它是独立的。它不需要外部电源，也不需要任何额外催化剂的补充。

尽管面临挑战，人工光合作用还是吸引了重量级投资。在美国，能源部最近宣布在五年内拨款1亿美元(7600万英镑)。

这笔钱将用于两个独立的项目：太阳能到液体燃料混合方法中心(Chase)和液体阳光联盟(LISA)。

由北卡罗来纳大学教堂山分校(UNC)领导的大通银行正在研究与剑桥大学的设备类似的实际应用，方法是开发系统，如太阳能电池板，使用半导体吸收光线，然后使用各种不同的催化剂将二氧化碳转化为燃料。

大通副主任吉莉安·邓普西(Jillian Dempsey)教授表示，研究的一个特别重点是级联催化剂的概念。将二氧化碳转化为可用的燃料需要进行不止一次的化学转化，而催化剂一次只能处理一次。

她说，第一个是第一步，然后把产品传递给下一个催化剂。每个人都会运行一个非常有选择性的过程，并在这一单独的步骤之后将其移交给未来的合作伙伴。

LISA项目采取了更具理论性的方法，专注于改进人工光合作用的每个阶段和组成部分。潜在的催化剂和工艺在试用之前由计算机模拟。

项目负责人、加州理工学院的哈里·阿特沃特(Harry Atwwater)教授表示：我们进行了积极的理论努力，理论和实验是齐头并进的。我们现在有了实际上是世界上最大的数据库，句号。

坏消息是，我们不太可能在短期内看到充满光合作用面板的田野。根据邓普西教授的说法，仍然存在主要的绊脚石。

她说，在采光、制造燃料的催化作用和管理系统方面，已经有了一些令人难以置信的科学。

但是，将这些单独的组件集成到一个能够进行人工光合作用的系统中是一个巨大的挑战。

这也很难确保反应产生一种商业上可行的燃料，许多能够实现这一目标的催化剂对于大规模使用来说过于昂贵或效率太低。

最后，邓普西教授表示，耐久性是一个问题：当你在处理持续不断的辐射(阳光)时，这种辐射可能会引起极具破坏性和腐蚀性的反应。

因此，人工光合作用仍然不能以足够低的成本生产液体燃料，无法与化石燃料竞争。

油价会变，税收也会变。当情况开始转变时，在未来的某个时候，人工光合作用的价格将会下降，而化石燃料的价格将会上升。问题是这些线什么时候相交。

如果你回到10年前，即使是对光伏发电成本最乐观的预测也与实际情况不符。成本下降了85%，这是令人难以置信的。一旦出现规模经济，很多事情都是可能的。所以我非常乐观。