本报讯(首席记者许琦敏)移民火星,人类或许不需要带去植物,只需带上一方方人工光合作用系统就行了。这或许也将改变人类对化石能源的依赖,遏制全球气候变暖的趋势。在日前由中国科技大学上海研究院主办的“墨子沙龙”上,美国科学院院士、加州大学伯克利分校化学系与材料科学工程系双聘教授杨培东透露,目前科学家已研制出能量转换效率高达8%至10%的人工光合作用系统,而在自然界光合作用的转换效率仅为0.5%至5%。
“我们现在利用风能、太阳能,最大的问题是能量密度不够。”杨培东说,这些可再生能源不够稳定,需要大量蓄电设备,但若可以直接用有机物来储存能量,就可以解决这些问题。
经过200多年的研究,人类已经对光合作用过程有了透彻的了解。2003年,美国启动“太阳神计划”,用半导体制成光化学二极管,带上不同的催化剂,就能吸收阳光的能量,将二氧化碳和水变成我们需要的化合物。2014年,第一个人工光合作用集成系统诞生,当时其能量转换效率只有0.5%,如今这一系统的能量转换效率已经可达到8%至10%。
在火星上种植植物,需要营造一个类似地球的环境,难度相当高。可如果采用人工光合作用系统,就能更高效地生产人类所需要的物品,且更方便地经历从地球到火星的漫长旅途。
“火星上二氧化碳含量高达96%,这非常有利于人工光合作用系统工作。”杨培东介绍,目前生物催化剂发展比较快,化学催化剂则相对滞后。“利用细菌等微生物作为催化剂,我们仍然要为它们在星际旅途和火星上适应环境的问题所苦恼。万一哪个基因变异了,我们就得不到想要的化合物了。”
不过,这套系统如果在地球上使用,可能会见效更快。杨培东介绍,通过人工光合作用系统,人类可以实现“碳平衡”,解决使用化石燃料所带来的全球气候变暖问题。