植物不够，科技来凑，科学家开发人工光合作用，地球气候有救了？

众所周知，如今的地球正面临着前所未有的气候挑战，二氧化碳浓度突破了人类记录和考古发现的新高。随着二氧化碳浓度的不断上升，温室效应导致的全球变暖也越来越严重。

全球变暖会带来一系列更坏的影响，永久冻土消融、海平面上升……而且这是一个恶性循环，很可能进一步加剧温室效应。为了拯救地球生物，科学家们强烈建议世界各国做出自己的贡献，缓解气候的恶化。

想要缓解温室效应，最有效的渠道就是节能减排，尽量使用清洁能源，减少二氧化碳的产生。我们常说开源节流，这是开源的方法，我们必须同时配合节流才能达到事半功倍的效果。如何减少已经产生的二氧化碳呢？那就是植物的光合作用。

如果没有植物的光合作用将二氧化碳转化为氧气，地球就不可能出现今天的生态圈。但问题在于，人类对树木的砍伐从没有停止，再加上此起彼伏的山火，地球的植被也面临着前所未有的危机。恢复植被是一个漫长的过程，不可能毕其功于一役，但地球气候的恶化已经刻不容缓。于是，有人聪明地想到：如果我们人工开发一种光合作用的流程，不就可以解决这个问题了？

想法是美好的，但实际操作起来却非常困难。好在最近，英国剑桥大学的化学家们在Erwin Reisner教授的带领下，取得了一项可喜的突破，实现了人工的光合作用，有望在未来成为改变地球气候的有力武器。

这种人工光合作用和植物有所不同，我们知道，自然界植物中最常见的光合作用是水和二氧化碳在光照的条件下合成氧气和糖类，而剑桥大学的科学团队开发出来的反应过程却并没有合成糖类，而是生成了甲酸。甲酸的用途非常广泛，既可以直接使用，也可以转化为氢气。

这个化学反应可以说有着极大的好处。首先它可以吸收空气中的二氧化碳，降低二氧化碳浓度，缓解温室效应；其次，它产生的甲酸如果直接利用，可以减少工业制备甲酸带来的能源消耗和排放；如果将甲酸转化为氢气的话，也是一种非常清洁的能源，同时这个过程相当于人类以一种新颖的方式来储存太阳能以备使用，同样非常清洁。

研究团队中的化学家王倩（音译）博士是本次研究的参与者，在发表于《自然能源》杂志的论文中，她是第一作者。她兴奋地介绍说：“这个反应的专一性让我们非常惊喜，它几乎不会生成任何副产品。世界上的事难以达到尽善尽美是很正常的，但这一次却是个例外，它的表现超出了预期。”

（图片说明：本次实验中所用到的设备）

没有副产品，对于这项实验来说也是一个重要的突破。首先，这可以避免想要的产物和副产品进行分离的麻烦；其次，没有副产品意味着反应的效率非常高，能够在最大程度上将太阳能转化为可以储存的燃料，而不会产生大量没有必要的废品，也免去了再去处理废品的复杂工序。

这次实验之所以取得了成功，很大一部分原因要归功于他们所采用的光触媒片。这种光触媒片是由特殊的半导体粉末制成的，研究团队将它放在了水里，然后利用阳光进行照射。在含钴化合物的催化作用下，电子就会发生转移，从而引发氧化反应。除此之外，这个实验并没有使用其他额外的设备，而且不需要外加的能源，可以说非常高效又简洁。

在本次实验中，他们打造出来的光触媒片非常小，只有20平方厘米，和一块饼干差不多一样大。所以，它所能进行的人工光合作用还相当有限。不过，Reisner教授的团队相信，这个产品的生产规模扩大并不是什么难事，而且成本也不会高得离谱。因此，未来还是有希望将它量产，形成一个产业。

根据他们的设想，未来人类可以打造大型的光触媒片阵列，就像是农场的大片太阳能电池板一样。而且，它们吸收的太阳能都能够以甲酸的形式存储在溶液中，根据需要灵活使用，非常方便。

值得称道的是，这个实验室多年以来，一直致力于这方面的工作，并且已经不是第一次取得类似的成果了。2019年的时候，该实验室就开发了“人工树叶”，将阳光和水转化为燃料。而如今的实验属于更进一步的突破，材质更加坚硬，也更容易扩展，最终吸收到的太阳能也更容易储存。

同时，Reisner教授也阐述了这次实验的优势：“气体燃料的储存以及它与副产品的分离相对比较复杂，我们始终致力于开发一种能够产生纯净液体燃料，并且易于保存和运输的模式，我们希望这项技术能够开创一条通往可持续并且实用的太阳能燃料生产模式。”

不过，这不意味着这项实验已经可以投入正式使用。研究人员希望能够提高效率，通过尝试不同的催化剂，找到更快速的反应过程。同时，他们也希望能够发现更多的反应模式，获得其他有用的产物。

总之，这一次实验的成功绝对不意味着研究的结束，恰恰相反，这意味着这个项目才刚刚步入正轨。如果能够实现量产，那么人类将会获得大量的清洁能源，并且大幅减少二氧化碳的排放。

就像我们前面所说的那样，遏制二氧化碳浓度的提升已经刻不容缓。空气中每一份二氧化碳都是一个恶性循环的罪魁祸首，可以导致滚雪球式的恶果。因此，我们迫切需要高效的二氧化碳吸收模式和清洁能源的来源。人工光合作用给我们提供了一个可能，能够在开源节流两个方面都起到意想不到的作用，还能更好地利用太阳能。

剑桥大学的化学家们开辟了一条新的道路，其他科学家们可以加入到类似的研究中来。当植被的增长速度达不到我们的需求时，通过人类的科技实现人工光合作用，也是一个不错的选择。如果发展出来的科技不能用于拯救地球，那么科技也就没有意义了。