雙碳研究 | 百年攻關終圓夢 劍橋專家實現突破

百年攻關終圓夢 劍橋專家實現突破

【Ecoticias網12月4日報道】

化學領域的遠見卓識者賈科莫·恰米奇安（Giacomo Ciamician）早在1912年就向人類發出了警示。他提醒道，煤炭與化石燃料的使用存在“保質期”，人類應將目光投向本就該關注的方向——植物。他提出的理論認為，人類可借鑒自然界的化學過程來產生能源。然而在之后的一個世紀里，這一理論始終停留在美好構想階段，如同一份沉睡在理論科學抽屜里的靈感，只因缺乏適配的材料與工程技術支持，始終未能落地成真。直到今天，這一局面終于被打破。

劍橋大學的研究人員證實了眾多科研者的殷切期盼：他們研發出全球首個能夠持續產生清潔能源的人工光合作用系統。這絕非只能“曇花一現”的簡單實驗，而是一個具備規模化推廣潛力的平臺，可將陽光、水和二氧化碳轉化為可儲存的能源。究其本質，這是一枚真正具有使用效能的“人造葉子”。

仿生系統的工作原理

劍橋大學的研究方案頗具亮點，其核心并非另起爐灶，而是直接借鑒地球上最高效的天然設計。該系統復刻了自然光合作用的兩個關鍵階段：一是“光反應”，核心過程為水的分解；二是“暗反應”，即實現化學能的儲存。

為達成這一目標，研究團隊采用了合成催化劑與新型半導體材料來捕獲陽光。這一過程能將水分解為氫氣和氧氣，不僅可使能量以化學鍵的形式儲存起來，還能利用產生的氫氣將二氧化碳轉化為可用燃料。此前的科研文獻指出，逆向復刻植物葉片的生理過程（如“天線色素團”吸收光能、電荷分離機制等）難度極大，而該團隊已成功攻克這一技術難關。

“無限能源”的由來及現存挑戰

劍橋大學提出這是一套“無限能源”系統，且有必要對此加以說明，以避免陷入空洞的炒作漩渦。這并非指該系統違背熱力學定律，而是強調其幾乎能夠持續不間斷運行。該系統維護成本極低，且依賴的能量來源——陽光與淡水——在自然界中儲量均十分充足。

該系統采用模塊化設計，可像現代太陽能電池板一樣，輕松接入現有的能源基礎設施。不過研究人員始終將其與客觀實際相結合，他們認識到：由實驗室成果推廣至電網應用是一個十分復雜的過程。

目前仍存在諸多關鍵挑戰亟待攻克，例如材料的長期老化損耗問題以及初期的高投入成本等問題。當前的工程核心目標在于提升“光能到化學能”的轉化效率，并驗證這類裝置不僅能在實驗室的可控光照環境下運行，更能在真實自然環境中穩定工作數年之久。

邁向真正脫碳的重要一步

若劍橋大學能推動該技術實現商業化規模化應用，其影響將不可估量。屆時，偏遠地區或離網人群有望獲得清潔能源供應，也能讓那些光照充足但化石能源匱乏的區域實現能源自主。

依托劍橋大學這一頂尖學術機構的背書，該技術獲得了足夠的可信度來吸引合作伙伴與投資。恰米奇安暢想太陽能驅動世界的百年之后，人工光合作用終于不再是不切實際的空想，而是變成了可正常運轉的設備。盡管后續仍需應對成本控制與推廣安裝的挑戰，但通往分布式、真正清潔能源之門如今已正式開啟。

編譯：朱芳菲（新能源部）

審校：徐肖飛（新能源部）

編輯：朱芳菲（新能源部）