生命科學

仿生葉的新突破

人造光合作用的裝置已經比天然的更厲害。

撰文/比艾羅(David Biello)
翻譯/王心瑩
2016-09

生命科學

仿生葉的新突破

人造光合作用的裝置已經比天然的更厲害。

撰文/比艾羅(David Biello)
翻譯/王心瑩
2016-09


一片樹葉、一株草、一個藻類細胞,全都是透過光合作用把水、陽光和二氧化碳簡單組合起來而得到細胞的燃料。如今科學家說,他們已經能用自製的「仿生葉」(bionic leaf)複製上述絕技。


美國哈佛大學化學家諾塞拉(Daniel Nocera)的團隊與哈佛醫學院合成生物學家西爾弗(Pamela Silver)的團隊共同打造出一種活電池,由於結合了生物學和科技,他們稱之為「仿生葉」。這項裝置從光電板得到太陽能電力來驅動化學反應,把水分解成氧氣和氫氣;裝置內的微生物得到氫,便可把空氣中的二氧化碳轉變成醇類,成為燃料。


這兩組團隊在2015年製作出第一項人造光合作用裝置,每公升的水可製造出216毫克的醇類,然而,用於催化水分解化學反應的鎳鉬鋅催化劑會產生危害微生物的副產物。


因此,該團隊著手研究更適合的催化劑,成果發表在近期的《科學》期刊;研究人員找到的是鈷磷合金,這種合金原本是塗佈在塑膠和金屬零件上的防蝕劑。研究團隊在仿生葉2.0中使用這種新型催化劑,把異丙醇(isopropanol)和異丁醇(isobutanol)燃料的製造效率一舉提升到10%。換句話說,若以每千瓦小時為電力單位,微生物可以從空氣中抓下130公克二氧化碳,轉而製造出60公克異丙醇燃料;這樣的轉換率大約比天然的光合作用高出10倍。


諾塞拉表示,這種新的生物反應器科技能把空氣中大量的二氧化碳組合成燃料,有助於減輕造成地球暖化的溫室氣體問題,也能為缺乏綠色能源的人們帶來比較乾淨的燃料。