text: 人工叶
  “人工叶”（artificial leaf）项目，顾名思义，所谓“人工叶”就是模拟天然绿叶的光合作用，创造出一个与之相似的人工系统，产生清洁燃料氢和甲醇，作为燃料为汽车等工业提供能量。是解决未来能源问题的有效方案之一。
  英国伦敦帝国学院（ImperialCollegeLondon）最近启动了一项金额达100万英镑的“人工叶”（artificialleaf）项目。所谓的“人工叶”可以模拟天然绿叶的光合作用，产生清洁燃料氢和甲醇，是解决未来能源问题的有效方案之一。
  项目研究人员希望通过此项研究，可以使人工叶像植物一样，在常规的条件下，就能够从水中分离出氢气，从而彻底告别以往那些昂贵的操作手段并且没有繁杂工艺的要求。这个操作如果真的能够实现，那将是未来最可行的方案之一。人工叶作为一种原料，由它所获得的氢气，既可用于制造燃料电池，成为新一代无污染的高能燃料，又可以结合二氧化碳产生甲醇，逐渐减少人们对石油的依赖与使用。因此，氢气高效率、低污染、可流动等特点都深深吸引着科研人员寻找有效的电解水的方式。
  人工叶的项目和麻省理工学院的模拟人工光合作用研究都是致力于解决将水转化为有机物并释放氢气和氧气的这一过程，建立一种像自然界绿叶一样的人工叶，甚至比它更优化的装置，成为高效的太阳能转化设备。但是，研究的过程是非常艰辛的，而且也有非常大的挑战性。在这个过程中研究人员做过多种试验，比如他们曾尝试以其他原料作为催化剂，虽然也能催化水解反应，但效果却并不像起初期望的那样，只有通过多次实验，向其中添加其他物质，才能够期望催化效率能够提高。
  人工叶项目研究的重点之一就是探求哪些蛋白质参与推动了光合作用——已知有两组参与了光合作用，分别被称为光合系统I和光合系统Ⅱ，后者包含着使水分解的结构，科学家们希望以此为研究的突破点，他们采用一种被称为X光结晶工艺的光分散技术来分析光合系统Ⅱ在1/1010米层次上的组织结构，并最终观察到了微观清晰的结构，这一发现对掌握水的分解原理有非常大的帮助。另外，已经有科研小组尝试通过基因工程的手段来合成类似的自组装蛋白。现在这项研究遭遇的更大挑战是设计出一个完善的人工系统，甚至是借此找到办法将光合作用扩大到工业生产的规模。
  地球每年经光合作用产生的物质有1730亿～2200亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10～20倍，但利用率不到3%。麻省理工学院的一位化学家计算，倘若人工叶目标得以实现，一片人工叶只需分解数升水，便可满足一户家庭一天的能量所需。人工叶计划适合在日照充分并且无人居住的沙漠地区大规模地推广，再通过光缆等设备输送到其他地方，这样就完全避免了占据耕地或与人抢地的矛盾，更具有实际的意义。
  光合作用是物种进化的伟大成就，也是最有效的太阳能利用方式：一片绿叶相当于一个小型的绿色电站和有机工厂，它是地球上所有能量的来源，也是一切生命得以延续的前提条件。因此，光合作用原理已成为开发新一代清洁能源的钥匙。迄今为止，太阳能的巨大潜力依然有待发掘，阳光照射地面一小时产生的能量可满足所有人类一年所需。即使在2050年能源需求增长一倍的前提下，只需将太阳能的一小部分用于发电，未来的能源危机便可迎刃而解，全球变暖亦可得到有效控制。据“人工叶”项目负责人、英国伦敦帝国学院生物学家詹姆斯·巴伯（JamesBarber）介绍，2030年的全球能源消费预计将达20兆瓦，假如能够利用10%的阳光照射量，那么人工光合系统只需覆盖地球表面的0.16%便可满足未来全球能量所需。
  大多数太阳能系统均使用硅片直接发电，其成本远高于煤、石油和天然气等化石燃料。因此，科学家们一直致力于开发更高效、更便宜的替代能源。英国伦敦帝国学院的“人工叶”项目旨在研究绿叶的光合作用机制，最终创造出一个类似的人工系统，为燃料电池或环保汽车提供能量。据巴伯介绍，人工叶相当于一种来自大自然的太阳能电池，其结构与天然绿叶不尽相同，光合作用的效率却远胜于后者，可谓青出于蓝而胜于蓝。不仅如此，人工叶可以在干旱的沙漠地区安家落户，无需侵占耕地。
  据麻省理工学院化学家丹诺·诺塞拉（DanNocera）计算，一片人工叶每天只需分解数升水，便可满足一户家庭的能量所需。然而，真正的挑战来自将水转化为有机物并释放氢气和氧气这一过程。在可见光的照射下，植物将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气和氢气。氢气是一种无污染的高能燃料，既可作为制造燃料电池的原料，也可与大气中或化石燃料发电站排放的二氧化碳相结合产生甲醇，为汽车提供能量。即使用甲醇代替汽油亦无需对汽车引擎进行改装。如今，科学家们已经成功地从水中分离出氢气，然而现有技术的成本极高，其原料包含有害化学物质，对运作环境的要求也非常高。“人工叶”项目的目标即是开发成本较低的催化剂，在常温常压下模拟光合作用的过程，为人们提供取之不尽用之不竭的氢能源。 　英国伦敦帝国学院的化学家詹姆斯·达兰特（JamesDurrant）最近开发出了一种以铁锈为原料的催化剂。它可以促成水分解反应，然而效果却不尽如人意。因此，达兰特的研究小组正试图通过改变铁锈表层成分来提高效率，例如在氧化铁的表面添加少量的钴催化剂。
  与此同时，诺塞拉亦以钴和磷为原料制造出了可在室温下促成水分解的催化剂，初步结果已发表在《科学》（Science）杂志上。诺塞拉指出，高效的水分解技术是储存太阳能的有效方式。在白天，人工叶可以利用阳光分解水并制取氢气；这些氢气可以根据用户需求在夜间发电。值得一提的是，这种化学燃料的单位能量储量远远超过当今最先进的电池。英国能源研究中心（UKEnergyResearchCentre）的执行主任约翰·拉夫翰德（JohnLoughhead）认为，“人工叶”的创意拥有巨大的潜力。就本质而言，太阳能是唯一的可持续能源。天然光合作用的存在证明了该项目的可行性和应用广度。
  如今，其他国家亦开始进行类似的研究。美国正准备批准一项经费约为3500万美元的联邦研究，以鼓励人们提供太阳能发电的创意，荷兰方面也为此类研究提供了4000万荷兰盾的资助。