國家地理雜誌
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科學家改造細菌，讓陽光直接轉變為液態燃料

新研究可能成為「人工樹葉」的推手


丹尼爾•諾塞拉的人工樹葉用太陽的能量分解水，但這個世界還沒準備好使用它製造出的氫氣。新的研究使用細菌將氫轉化成液態燃料。 Photograph by Dominick Reuter, MIT
丹尼爾•諾塞拉的人工樹葉用太陽的能量分解水，但這個世界還沒準備好使用它製造出的氫氣。新的研究使用細菌將氫轉化成液態燃料。
Photograph by Dominick Reuter, MIT

丹尼爾•諾塞拉（Daniel Nocera）是「[#0000FF]人工樹葉[/#0000FF]」（http://newsoffice.mit.edu/2011/artificial-leaf-0930）的先驅，這種仿真的葉子用太陽和水就能製造能量。諾塞拉標榜這種矽電池是一大突破，能讓每個家庭變成自己的發電所。

諾塞拉是在幾年前發表這個吸引人的發明，但它雖然吸引了很多關注，卻不算成功。人工樹葉是種便宜、和晶片一樣薄的原件，它很好用，但是有個重大缺陷。諾塞拉說「人工樹葉的問題是它產生的是氫氣。」可是世界上還沒有使用氫氣的基礎建設。儘管Toyota和其他車廠正在設計只排放水蒸汽的氫燃料汽車，加燃料卻是個問題：多數加油站只提供液態燃料。

儲存太陽能

諾塞拉和哈佛大學的生物學家合作，並且將最新成果詳細發表在週一的《美國國家科學院院刊》（[#0000FF]Proceedings of the National Academy of Sciences[/#0000FF]）（http://www.pnas.org/）中。他們打造了一種特殊的細菌，能將（從人工樹葉或其他來源得到的）氫轉換成醇基燃料。

哈佛大學的研究員致力於解決所有供電事業都會面對的問題：捕捉太陽能已經取得了很大的進展，但要怎麼儲存這些能量以備沒有陽光時使用？進一步來說，儲存的能量除了發電以外還有其他用途嗎？

自然的光合作用下，陽光碰到水和二氧化碳會產生生物量。但是要將生物量轉換成燃料，通常還會需要一個步驟，例如分解玉米製造乙醇。但研究員製作了一個基因改造細菌，它能夠跳過產生生物量的步驟，直接製造出液態燃料。他們用人工樹葉將水分解成氧和氫。特殊的細菌吸收氫，將它與二氧化碳結合產生異丙醇（一種類似乙醇的[#0000FF]酒精燃料[/#0000FF]）（http://terms.naer.edu.tw/detail/563981/?index=1）。

諾塞拉說，這個系統會很像一個藻類農場，不過這種細菌不像藻類需要持續的光照和維護。

驚人的發現

諾塞拉的團隊還解決了一個問題，這個問題已經困擾細菌和太陽能的研究者很久了，就是細菌會死亡。維持細菌的生命需要使用高電壓電流，讓這個方法很沒效率。

殺死細菌的凶手是一種被稱為活性含氧物（reactive oxygen species）的分子，但令人意外的是活性含氧物的來源。水被分解後，產生活性含氧物的是水分解出的氫，而不是氧。諾塞拉說「我們很驚訝，還為此困惑了一陣子。」確定問題後，哈佛大學的研究員就能更有效率地製造燃料了。

美國國家再生能源實驗室（National Renewable Energy Laboratory）的研究員約翰•特納（[#0000FF]John Turner[/#0000FF]）(http://www.nrel.gov/about/turner.html)說諾塞拉的論文是很出色的科學研究，但他也提醒，諾塞拉與哈佛大學研究員的成果，離商業可行性還有很長的一段路。特納說，除了栽培微生物和提取燃料所需的能量，任何需要二氧化碳的系統，都必須要能從大氣層中取得二氧化碳才能永續發展，「而這將會是一個能源密集的過程。」

諾塞拉知道他的系統必須要更有效率。他說，要把它當一個產業經營以前，「我們還需要更多科學研究。」但他也說，最近發表的這篇論文包含很多進展，能讓其他科學家應用。「裡面有許多很不錯的科學，大家可以在這個基礎上加以發展。 」

撰文：[#0000FF]Christina Nunez[/#0000FF](https://twitter.com/cb_nunez)，[#0000FF]National Geographic[/#0000FF](http://news.nationalgeographic.com/)（透過Twitter關注[#0000FF]Christina Nunez[/#0000FF](https://twitter.com/cb_nunez)。）

編譯：陳潔