減碳效率比植物更高的人工光合作用

生活科學趣談

Water splitting–biosynthetic system with CO2 reduction efficiencies exceeding photosynthesis –  Science Magazine 發布於2016年6月3日(全文下載→ Harvard University’s DASH

先來看一則人工光合作用的介紹影片

這套人工光合作用系統使用能夠代謝氫氣的 R.桿菌(Ralstonia eutropha),它普遍存在於土壤和淡水中,屬於革蘭氏陰性菌。能在有氧或無氧環境中生長,並且可以使用氫氣當作能量來源,下圖中的紅色方框即為它的兩個氫化酶,因為其中具有鎳-鐵的活性位點,能催化H2的氧化作用(功能如同不飽和脂肪酸透過鎳金屬催化劑,就能將氫分子加成於碳-碳雙鍵使成為飽和的脂肪酸)。

H 2 → 2H + + 2e

nbt1244-F1R.桿菌也可以使用CO2當作為碳源來固定碳,並利用尿素產氨的生物機制作為氮源,行光合自營來儲存有機碳與合成蛋白質。藉由這套系統以電解水的方式提供R.桿菌所需的氧氣,它能將CO2轉換成生物燃料(異丁醇)。這套生物系統在使用1度電的條件下,能吸收180公克的CO2,雖然這仍遠不及目前 碳收集 技術中效率最高的 MEA 方案,不過後者的最終產物並無法當作燃料。另外,這套人工光合作用系統或許將來可望達成直接從大氣中清除二氧化碳的艱難任務。

提到光合作用,順便來聊聊以葉綠素當染料的「染料敏化太陽能電池(dye-sensitized solar cell,DSSC)」,它屬於光伏效應photovoltaic effect)的應用

製作染料敏化太陽能電池(註:←這篇文章最後提到的3.2mV有誤,實際上量到的是340mV。這個實驗最關鍵的地方是必須先取得手機觸控面板那片導電玻璃 ITO或 FTO

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