基本介紹
簡介,科學研究,研究成果,科學原理,發展前景,第一片人造樹葉,
簡介
太陽光中蘊藏著巨大的能量，並且太陽能是不會產生溫室氣體污染的清潔能源，但是由於在晚間或陰雨天氣下沒有直接的太陽照射，需要藉助太陽能板將晴天的太陽能儲存起來。這種儲存技術來說成本過高，效率過低，嚴重阻礙了太陽能大規模取代化石類燃料的進程，因此，提高現有太陽能儲存技術是太陽能發展的關鍵。
樹葉是大自然的傑作，它實現了多少年來科學家們夢寐以求的願望:利用光將水分解並製得燃料，這個簡單的想法卻耗費了人們巨大的精力和財力，最終的目的當然是希望能充分利用太陽能資源，同時摒除人們對碳的依賴性，如果照耀到地球上的太陽光有千分之一能被利用，那么人們所擁有的能量就相當於所需能量的9倍。
推動新能源發展的各種技術越來越受到關注，在全世界都在刮著哥本哈根旋風的時候，這一點更為明顯。麻省理工學院的化學家發明了一種催化劑，可以利用太陽光把水變成氫氣。如果該過程能擴大規模，它可以使太陽能成為主要的能量來源。更具意義的是，這種技術有可能適用於海水，那么人們的能源問題和水資源問題會有更多的選擇。
科學研究
2008年夏天，美國科學家丹尼爾在美國麻省理工學院禮堂內說明：“一些氣泡就是水槽中的水分解後產生的氧氣，這個裝置代表了我們的未來，我們已經獲得了人造樹葉，像真正綠色植物的樹葉一樣通過光合作用將太陽光中的能源充分利用，轉化為我們需要的能量。”
實際上，丹尼爾教授展示的正是利用光合作用原理將水分解成氧氣和氫氣的化學反應裝置，由於丹尼爾教授成功研發出一種催化劑，利用這種催化劑，水分解的化學反應首次可以在常溫下進行，從而克服了利用水製成氫氣這一重要反應中最困難的一個難題。這個成果的重要意義更在於，利用太陽能發電的主要障礙將被克服，太陽能可能取代石油成為最主要的能源。
在丹尼爾的研究中，太陽光照射下，水分解成氫氣，而氫氣是一種用途多樣容易儲存的燃料，可以密封在內燃機內，也可以與燃料電池中的氧氣重新結合，更重要的是，如果該構想用在海水中，太陽能不僅能分解海水產生電能，更能使得分解後的氫氣與氧氣重新結合而形成寶貴的淡水。
研究成果
瑞士洛桑聯邦理工學院化學和化工教授克拉澤爾發明了一種新型太陽能電池。它採用一種含染料的釕，就像植物中的葉綠素，吸收陽光，釋放電子。然而，克拉澤爾的太陽能電池中，電子並不引發水分解反應。取而代之的是，它們被一個二氧化鈦薄膜收集，並受外部電路的指示，產生電力。克拉澤爾的構想是，把他的太陽能電池和諾西拉的催化劑整合到一個設備中，捕獲來自太陽的能量，並利用它分解水。
原理是，克拉澤爾的染料將代替諾西拉系統中催化劑圍繞其形成的電極。當暴露在陽光中時，染料本身就能產生聚集催化劑所需的電壓。染料就像一根導電的分子線，然後催化劑在需要它的地方聚集。催化劑一旦形成，染料吸收的陽光就驅動分解水的反應。克拉澤爾表示，與分開使用太陽能電板和電解槽相比，該設備更高效更廉價。
諾西拉則在研究的另一可能性，即其催化劑能否用於分解海水。諾西拉研究發現，在最初的測試中，有鹽存在的情況下，表現良好，其他正在測試研究，看看它能否處理海水中的其他化合物。如果能夠成功，諾西拉的系統就不僅僅能夠處理能源危機，它還能幫助解決世界淡水短缺。
人造樹葉
Artificial Leaf
他是皇家藝術學院的研究生，在這所世界頂尖的藝術設計學院裡，他讀研兩年，只做出了一片樹葉。但這卻是人類有史以來第一片人造樹葉。
它可以自主呼吸，像普通樹葉那樣工作，但研究表明，相對於普通樹葉，它的“工作”效率提高了49%，需要的卻僅僅是一點陽光和水。
就讀於創新設計工程專業的Julian Melchiorri，從本科開始就致力於生物活性材料的研究。即便讀到一流大學的研究生，他也沒有被這些高冷的學科知識束縛，他關心的始終是：如何用自己的研究發現，改善我們的室內和城市生活環境。
當他在課堂上聽到教授強調“到2050年，世界上75%的地區都將被城市化，環境污染和過度擁擠的空間將不可避免，人們的身心健康也將受到嚴重影響”時，他更是堅定了自己的想法。
在實驗室待了一年多之後，他有了驚喜的發現：利用蠶絲纖維的穩定性，可以將植物中提取的葉綠體，嵌入蠶絲蛋白中。這一發現意味著，他可以用蠶絲作為脈絡，嘗試製作人造樹葉。他將之稱為“絲綢之路葉工程”
由於對蠶絲沒有十分深入的研究，他跟塔夫茨大學的絲綢實驗室合作，成功研製出蠶絲樹葉的結構。然後從普通植物中提取出葉綠體滴入滲透進蠶絲材料中。最終的結果出來就是一片完全能夠自主呼吸的樹葉，“絲綢葉是第一片人造生物葉，它更輕，低耗能，它是完全的生物。”但它生成氧氣的效率卻更高，而用到的原理就是大家所熟知的光合作用。
絲綢葉不僅可以用來製作燈具，照明的同時釋放氧氣，還可以掛上牆壁，用它做電視牆，家中就是一個天然的氧吧！
但Julian的“野心”遠不止此，在他的構想中，路燈是絕好的載體。建築物的幕牆，可以作為外部空氣的過濾器，人們在建築物內呼吸到的是完全新鮮的氧氣。“城市中多一些這樣的綠色建築，我們的生存環境也將變得更加可持續。”
而Julian最理想的目標，是將這片樹葉用於航天工程，“因為植物並不在零重力的環境中生長，所以絲綢葉不失為一種好的制氧方式。”Julian Melchiorri構想將來人類移民火星時，他的樹葉能助一臂之力。客觀來說，Julian的絲綢葉技術還並不完美，但再小的夢想，再小的努力，也可能做出令人難以置信的成績。
科學原理
植物能輕易地利用陽光，將足夠的材料轉變為富含能量的分子。人工光合作用的領域開始得很快，20世紀70年代早期就有這方面的研究，但是並沒有可以推廣到套用層面的突破，幾十年來，科學家們研究植物吸收太陽光並儲存能量的結構和材料，但是並沒有找到一個清晰的“路線圖”。
直到2004年，倫敦帝國學院的研究人員確定了一組蛋白質和金屬的結構，對於植物從水中釋放氧有重要作用。諾西拉表示，“看到這一點後，我們就可以開始設計系統。”他表示，人工光合作用能提供一個可行的、儲存產自太陽能的能量的方法，使人們的房屋不必依賴電網。在這一計畫中，來自太陽能電板的電力驅動電解槽，將水分解為氫和氧。氫被儲存起來，在夜間或多雲的日子，它被裝進燃料電池產生電力供應給電燈、電器甚至電動汽車。在陽光充足的天氣，有些太陽能直接使用，繞過製造氫的步驟。
發展前景
科學家門的發現引起了極大關注，不過也有很多質疑的聲音。許多化學家覺得其過於樂觀，曾是諾西拉導師的托馬斯·邁耶表示，儘管諾西拉的催化劑“可能被證明在技術上是重要的，是一個研究發現，不能保證它能夠擴大規模或者甚至將它變得實用。”
另外一種質疑在於，諾西拉的實驗室分解水的步驟不能像商業電解槽那樣快。系統越快，生產一定量的氫和氧的商業單位就越小，而通常越小的系統越便宜。也有科學家質疑將太陽光變成電力，然後變為化學燃料，再回到電力的整個原理。他們建議，儘管電池儲存的能量遠少於化學燃料，它們卻高效得多，因為在使用電力製造燃料，然後用燃料產生電力的過程中，每一步都浪費能量。“集中在改善電池技術或其他相似的能量儲存形式上更好，而不是發展水電解以及燃料電池。”
無論如何，“人工樹葉”都是一個美好願景，加州大學伯克利分校的化學和材料科學教授保羅·阿利維撒托斯（PaulA livisatos）表示，他也正領導組織勞倫斯伯克力國家實驗室的一個項目，用化學方法模擬光合作用。
MIT大學的Daniel Nocera博士帶領著自己的研究團隊創造出了這種葉子：“我們相信我們成功創造了它。人工葉子可以用來在低成本的情況下為一些家庭和貧困地區發電，我們的目標就是讓每個家庭都能有一個這樣的小型發電站。” Nocera的葉子大概只有一張撲克牌大小，由矽材料組成。所有的材料都是非常低成本的。只要在陽光下灌入大量的水，它就可以為一個開發中國家的中等家庭產生充足的電量。
當在實驗室條件下測試的時候，這種葉子能夠持續工作45小時。Nocera相信在將來的版本中效率能夠更高。而且他還創建了一個叫做Sun Catalytix的公司來保證這個項目的發展。
第一片人造樹葉
他是皇家藝術學院的研究生，在這所世界頂尖的藝術設計學院裡，他讀研兩年，只做出了一片樹葉。但這卻是人類有史以來第一片人造樹葉。
它可以自主呼吸，像普通樹葉那樣工作，但研究表明，相對於普通樹葉，它的“工作”效率提高了49%，需要的卻僅僅是一點陽光和水。
就讀於創新設計工程專業的Julian Melchiorri，從本科開始就致力於生物活性材料的研究。即便讀到一流大學的研究生，他也沒有被這些高冷的學科知識束縛，他關心的始終是：如何用自己的研究發現，改善我們的室內和城市生活環境。
當他在課堂上聽到教授強調“到2050年，世界上75%的地區都將被城市化，環境污染和過度擁擠的空間將不可避免，人們的身心健康也將受到嚴重影響”時，他更是堅定了自己的想法。
在實驗室待了一年多之後，他有了驚喜的發現：利用蠶絲纖維的穩定性，可以將植物中提取的葉綠體，嵌入蠶絲蛋白中。這一發現意味著，他可以用蠶絲作為脈絡，嘗試製作人造樹葉。他將之稱為“絲綢之路葉工程”
由於對蠶絲沒有十分深入的研究，他跟塔夫茨大學的絲綢實驗室合作，成功研製出蠶絲樹葉的結構。然後從普通植物中提取出葉綠體滴入滲透進蠶絲材料中。最終的結果出來就是一片完全能夠自主呼吸的樹葉，“絲綢葉是第一片人造生物葉，它更輕，低耗能，它是完全的生物。”但它生成氧氣的效率卻更高，而用到的原理就是大家所熟知的光合作用。
絲綢葉不僅可以用來製作燈具，照明的同時釋放氧氣，還可以掛上牆壁，用它做電視牆，家中就是一個天然的氧吧！
但Julian的“野心”遠不止此，在他的構想中，路燈是絕好的載體。建築物的幕牆，可以作為外部空氣的過濾器，人們在建築物內呼吸到的是完全新鮮的氧氣。“城市中多一些這樣的綠色建築，我們的生存環境也將變得更加可持續。”
而Julian最理想的目標，是將這片樹葉用於航天工程，“因為植物並不在零重力的環境中生長，所以絲綢葉不失為一種好的制氧方式。”Julian Melchiorri構想將來人類移民火星時，他的樹葉能助一臂之力。客觀來說，Julian的絲綢葉技術還並不完美，但再小的夢想，再小的努力，也可能做出令人難以置信的成績。
