转折发生：人工光合作用将为世界供能？

去年美国刺激法案的一个有趣的副作用是，为美国能源高级研究计划局（ARPA-E） ——类似于美国国防部高级研究计划局（DARPA）中关注能源的部门，但是是民用性质的机构——提供了4亿美元资助。同时在上周举行的首届能源高级研究计划局会议上，麻省理工学院（MIT）的一名化学家丹·诺塞拉（Dan Nocera）展示了他如何合理地将刺激资金使用在研究新的光合作用过程上。使用一种特殊的催化剂，仅需要阳光和一瓶水，新的光合作用过程就能将水分解成氧气和氢气，并能高效率地为一间房子供能。

像有机光合作用（organic photosynthesis）一样，诺塞拉的化学反应通过阳光将二氧化碳和水转化成氧气和能量。植物是以糖的形式产生能量，然而这种新的光合作用过程是以游离氢（free hydrogen）的形式产生能量。这种氢能够在燃料电池中与氧气再结合而生成电能，或者直接转化成液体燃料。

大约4个小时的时间内，通过诺塞拉的催化剂处理的水能够产生30度（千瓦小时）的电能。此外，这种新的光合作用过程也很便宜。实际上，是如此便宜以致诺塞拉能够毫无问题地展望这一天的到来，即每间房子都能够通过这种新的光合作用产生自己所需的燃料和电能。

如果丹·诺塞拉实现了他的人工光合作用方式，那么一瓶饮用水将能够为一个发展中国家的家庭提供足够的能量。MIT的化学家以及太阳催化剂（SunCatalytix）公司的创始人，诺塞拉已经开发出一种基于钴的催化剂，使他能够通过与植物相同的方式储存能量：即分解水。

“几乎所有的太阳能都储存在分解水的过程中，”诺塞拉在3月2日的美国能源高级研究计划局会议上所作的就职演说里讲道。太阳催化剂公司是五家接受政府资助开发被称为“电燃料”的“直接太阳能燃料”的公司之一，他们受能源高级研究计划局——一个新成立的、致力于开发能源转化技术的高级研究计划局（Advanced Research Projects Agency）——的资助。“我们通过模拟光合作用来进行大型的太阳能存储。”

据诺塞拉称，他的新系统能够在无需特殊温度和压力要求的条件下，也无需在一杯水中侵蚀——即便是受污染的水——的情况下运行。“如果为了储存能量，你需要纯净水，那么纯净水将会把能量吸收，”诺塞拉说。“而我们却使用水坑里的水（指污染的水）。”实际上，诺塞拉已经使用来自波士顿查尔斯河（Charles River in Boston）的未经处理的水测试了他的雏形方案。同时这个新的光合作用过程很便宜，不需要像商业电解槽（electrolyzer）那样每千瓦电能耗资 12000美元。“那样的话，将无法帮助改善美国的能源状况或者世界上的穷人。”

通过由一个5米宽6米长的光伏阵列（photovoltaic array）产生的电能，诺塞拉宣称他能够在4小时内分解足够的水“来储存足够美国一般家庭”一天所需的能量，即30度多一点。“我们需要停止那种一次性制造大型能源系统为大众服务的做法。我们需要通过古老的美国式的方式一小步一小步地进行，然后再制造面向所有大众的系统。”

他参照的例子？正是汽车。毕竟，在1898年时，全世界范围内的相关公民领袖聚集在一起；因为有估计预测以当时的发展速度伦敦将被3米深的粪便掩埋（译注：汽车工业之前，主要使用马车；大量的马车将产生大量的粪便）；纽约的桩柱将达3层楼那么高。然而在不到二十年的时间里，那个担忧完全不存在了。 “他们没有看到汽车工业的兴起，”诺塞拉说。“转折发生了。”