在与气候变化的斗争中，植物是我们人类最伟大的盟友。它们吸收二氧化碳并将其转化为树叶和树枝。人类种植的树木越多，空气中滞留热量的碳污染就越少。不幸的是，植物需要大量的水和土地，以至于人类可能需要寻找新的盟友来帮助减少所有这些碳。
德国科学家团队的最新研究表明，人工光合作用可能有所帮助。科学家们敦促世界投资这项技术，这项技术目前仍然过于昂贵，不切实际。
人工光合作用模仿了植物自然获取能量的过程。与真正的光合作用一样，这项技术以二氧化碳和水为“食物”，以阳光为能源。但它不是将二氧化碳和水转化为树叶和树枝，而是产生富含碳的产品，如酒精。该过程使用一种特殊的太阳能电池，它吸收阳光并将电能输送到溶解在水中的二氧化碳池中。催化剂促进化学转化，产生氧气和碳基副产品。
“氧气随后会释放到空气中，就像植物一样。另一件产品会被捕获并储存起来，例如储存在枯竭的油田中，”马蒂亚斯·梅（Matthias May）说，他是柏林亥姆霍兹太阳能燃料研究所（HZB Institute for Solar Fuels）的物理学家，也是发表在《地球系统动力学》杂志上的文章的合著者。事实证明，人工光合作用比自然光合作用更有效。“最大的区别在于，我们使用人造无机材料，这使得转换效率要高得多，”他补充说。“这令人兴奋，因为高效率意味着土地和水的足迹要小得多。”科学家们说，这些人工叶子可以安装在沙漠地区，那里没有树木或农场已经吸收二氧化碳。
“到目前为止，人工光合作用领域的主要重点是太阳能燃料，”梅说，即利用阳光和二氧化碳生产液体燃料。问题是，当太阳能燃料被燃烧时，其中储存的碳会返回大气中。然而，梅提出的方法提供了一种将碳储存在地下的方式。因此，科学家们将埋藏温室气体二氧化碳，而不是回收它，从而使地球降温。但目前，任何形式的碳捕获仍然不切实际且昂贵。控制化石燃料的使用仍然是遏制气候变化最便宜、最有效的方法。
“排放控制将始终是最便宜、最有吸引力的方法，”梅说。“但是，新的[碳捕获]技术的开发——尤其是达到我们可能需要的大规模——需要几十年时间，而我们可能最早在2030年就需要开始实施它们，所以我们确实必须现在就讨论和评估这些选项，而不是以后。”梅说，即使是最温和的应对气候变化的提议，也要求到2050年每年清除100亿吨二氧化碳，这大约是2018年人类造成的碳污染的四分之一。
考虑到所需的水和土地量，通过自然光合作用实现这些目标将很困难。人工光合作用可能提供一个可行的替代方案。梅说，一个面积大约相当于夏威夷大小、覆盖有人工叶子的区域，可以捕获的二氧化碳量，相当于一个面积相当于欧洲大小、覆盖有最消耗二氧化碳的植物的区域。
技术挑战在于开发廉价、高效的催化剂和耐用的太阳能电池。“这将需要一项长期的、全球性的研究努力，可能类似于聚变能源，但这并不能保证及时成功，”他说。各国还需要找到支付它的方法。
梅说，人工光合作用只是众多可能性之一。“目前，很难说哪种技术将是最可行的，”梅说。但是，尽管人工光合作用可能是最昂贵的选项之一，“这项技术的潜力是巨大的，”梅说。
玛琳·西蒙斯为Nexus Media撰稿，该媒体是一家涵盖气候、能源、政策、艺术和文化的联合新闻社。
