“這是算錯了吧？”2012年2月，在位于京都的松下尖端技術(shù)研究所，羽柴寬研究員簡直不敢相信自己的眼睛。按照計(jì)算機(jī)得出的結(jié)果，該研究所開發(fā)的人工光合作用系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了0.2％。這相當(dāng)于豐田中央研究所開發(fā)的人工光合作用系統(tǒng)在半年前，也就是2011年9月創(chuàng)下的0.04％世界紀(jì)錄的5倍。

效率堪比植物

環(huán)保材料研究組項(xiàng)目經(jīng)理山田由佳介紹說：“因?yàn)楣獯呋瘎┎捎昧巳�新材料，�?shù)值的增加在意料之中，但沒想到會如此之高。0.2％基本與柳枝稷（一種雜草）的光合作用同級，這也就意味著達(dá)到了與植物相同的水平�！�

植物的葉綠素具有吸收陽光，把二氧化碳和從地下吸收的水分轉(zhuǎn)化成氧氣、淀粉和糖等養(yǎng)分的作用。與之相同，使用特殊的催化劑，按照植物光合作用的原理，消耗二氧化碳，制造燃料和化學(xué)原料的技術(shù)就是人工光合作用。與利用植物原料生產(chǎn)生物燃料一樣，生產(chǎn)燃料時消耗的二氧化碳與燃料燃燒時釋放的二氧化碳相互抵消，理論上可以實(shí)現(xiàn)燃料的“無碳”量產(chǎn)。

植物的光合作用分成使用陽光制造氧氣的“光反應(yīng)”和還原二氧化碳制造淀粉等物質(zhì)的“暗反應(yīng)”。

山田總監(jiān)說：“有數(shù)據(jù)顯示，植樹造林1公頃1年可以減少10噸二氧化碳，這種人工光合作用系統(tǒng)如果鋪設(shè)1公頃，在理論上可以吸收等量的二氧化碳�！爆F(xiàn)在，該系統(tǒng)生成的產(chǎn)物是染料和香料的原料——有機(jī)化合物甲酸。如果鋪設(shè)1公頃，1年可制備甲酸為9000升。在未來2年，該公司計(jì)劃繼續(xù)進(jìn)行開發(fā)，不再利用該系統(tǒng)制備甲酸，而是制備與之等量的酒精。

制備的過程如下。首先，向沒入水中的光催化劑照射陽光，把水分解成氧氣和氫離子。其間同時還會產(chǎn)生電子。氫離子移動到交換膜上，電子通過電線移動到對二氧化碳進(jìn)行還原的光催化劑上。此時，二氧化碳從外部輸入，與氫離子發(fā)生反應(yīng)生成甲酸。電子在二氧化碳與氫離子生成甲酸的過程中被消耗掉。

植物的光合作用分為兩個階段：①在陽光作用下將水分解成氧氣、電子、氫離子的“光反應(yīng)”；②消耗分解電子、氫離子的能量，利用二氧化碳合成淀粉等物質(zhì)的“暗反應(yīng)”。

從1970年代至今，科研人員對植物光合作用第一階段的“光反應(yīng)”反復(fù)進(jìn)行了研究。目的是為燃料電池等制備作為燃料的氫氣。研究表明，在植物光合作用中，植物利用陽光分解水時，一種叫做“錳簇”的物質(zhì)發(fā)揮著催化劑的作用。但是，由于太過微小，錳簇的構(gòu)造一直無人知曉。