终身成长 杂记 光合作用的大用

光合作用的大用

自1980年代起,全球暖化与气候变迁便一直是全球科学界热门讨论的议题。其中最多人关切的,莫过于:「如何减缓地球剧烈增温的趋势?」

温室气体是几乎所有科学家公认的全球暖化的原凶之一,有效地减少地球上温室气体的存量便成为大家共同努力的目标。尤其二氧化碳是增温效益最显著的温室气体之一,当然就成为减量的头号目标。对此,学者们纷纷提出各种构想:有些治标派的人说,可把二氧化碳移出大气直接埋入地下;有些治本派的人提出可利用光合作用的原理干净地转换二氧化碳。关于后者的作法,台湾大学化学系的陈浩铭教授独家研发了一种测量、分析的方法,期能有助于这方面的进展。

自然界的光合作用是植物中的叶绿素吸收太阳光的能量,以二氧化碳与水为原料,进行一连串复杂的化学反应,最后生成氧气与醣的过程。其中,氧气会散发回空气中,醣则成为支持植物生存的能量来源。陈教授表示,光合作用虽是自然界消耗二氧化碳的天然机制,缺点是反应效率偏低,另受限于需有日照才能反应,因此若想藉由这方法消减空气中的二氧化碳总量,实是缓不济急,另谋发展人工光合作用或许才是可行之道。

人工光合作用师法自然,也是以二氧化碳与水为原料,进行类似光合作用的化学反应。这方法的优点是不受日照限制,且反应效率是自然光合作用的数倍甚或数十倍,同时透过设计可以把反应产出的化学能进一步转化为酒精或天然气等能源材料。这种干净的化学反应才是理想的二氧化碳减量的治本之道。

陈教授表示,当前人工光合作用发展的瓶颈是对这种化学反应的认识实在贫乏,可说是处于瞎子摸象的状态。某些原料与产出结果间的对应关系虽已归纳出来,但反应材料仍待找寻中,甚至对化学反应实际的临场行为,所知仍相当有限,更别说可确认最适合人工光合作用的材料。也因此,至目前始终无法有效地控制人工光合作用反应的效率。

这个困境有部分原因是由于人工光合作用只适合在水中进行,而过去仅有极少数方法能在水中进行临场分析的测量,因此科学家难以对其深入分析。针对这点,陈教授发展出一套以X光为核心的光谱分析方法,能针对水下环境中的化学反应进行临场分析与测量。藉由这方法,可以深入了解在人工光合作用的化学反应中,关键催化剂所具有的各种化学、物理性质与结构,甚至能掌握这种化学反应的完整机制。

陈教授发展的测量与分析方法能有效帮助科学家了解人工光合作用反应的真实情况,以加速找寻人工光合作用的最佳触媒。陈教授独特的测量与分析方法,可以应用的范围当然不限于此,但藉由这方法的协助,人工光合作用有望成为有效率且能大幅减少温室气体二氧化碳总量的治本方法。

资料来源:科技大观园

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作者: 浪人

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