如果告诉你树叶能够造出清洁燃料，你会相信吗？
21世纪以来，随着气候变暖等环境问题的加剧，人们对于清洁能源的需求逐渐加大。研究表明，要想避免极具破坏性的全球变暖，人们至少要生产超过10万亿瓦的无碳清洁能源。为了创新发展清洁能源，科学家们做了一系列尝试，并把研究的关注点放在了自然界的树叶上。
树叶是树木进行光合作用的必要器官，可以将阳光、二氧化碳与水转换成自身的能量，可以说是自然界中的小型绿色循环系统。
近期，英国剑桥大学化学系研究人员开发了一种“人造树叶”，可以将二氧化碳和水转化为液体燃料，并能直接作为临时燃料驱动汽车发动机。研究结果发表在了《自然·能源》杂志上。
“人造树叶”可制成清洁液体燃料
揭秘“人造树叶”
那么，“人造树叶”究竟是什么呢？
相信不少人对这项科技还不太熟悉。简单来说，“人造树叶”就是一种可以模拟植物光合作用的人造材料。这种材料的大小如同扑克牌，它能够将阳光、水和二氧化碳转化为可持续的燃料。
地球上的可再生能源有很多。现如今，我们已经拥有风能、水能、太阳能等多种可再生能源，为什么还要制造这样的“人造树叶”呢？主要是因为很多可再生能源都有一个共同的问题——不便储存和运输。
如果把风能或太阳能储存起来或者运送到其他地方去使用，我们就需要电池、电线、变压器等复杂而昂贵的设备。而且这些设备会占用很多空间，并且在运输过程中也会损耗一部分能量。
而“人造树叶”具有良好的可控性，可以在不同环境下进行人工调节，甚至可以直接使用在现有的内燃机设备上，并且不需要任何改造。此外，人造树叶还具有较高的生产效率，可以大规模生产，使得绿色能源逐渐成为现实。
那么，“人造树叶”是怎么做到这一点的呢？这就不得不谈到它的组成物质。
“人造树叶”其实是由多层材料制成的一个小片。其中最重要的两层是光吸收层和催化层。
催化层就像植物中进行光合作用的叶绿素一样，它可以利用电子来促进水和二氧化碳之间的反应，并生成乙醇和丙醇；光吸收层就像植物中收集阳光的分子一样，它可以吸收太阳光并将其转化为电子。
催化层就像植物中进行光合作用的叶绿素一样
当然，“人造树叶”还有其他一些层来实现保护、隔离、传导等功能，但是最核心的原理就是利用阳光来制造液体燃料。
相比之下，传统的化石能源不仅污染环境，而且数量有限，难以满足未来社会的能源需求。而“人造树叶”不仅能够为人类提供足够的能源，还能有效减少二氧化碳排放，减缓气候变化的速度，进而缓解全球变暖问题。
竞争激烈的“人造树叶”研究赛道
实际上，科学家对“人造树叶”的研究已经进行了20多年。
早在1998年，美国科罗拉多州国家可再生能源实验室的约翰·特纳博士就研制出了世界上第一片“人造树叶”。但当时他所用的材料是非常罕有的稀有金属，不仅造价高昂而且非常不稳定，生命周期最多只有一天。
2016年1月21日，一名皇家艺术学院的研究生朱利安·梅尔基奥里，利用蚕丝纤维的稳定性，将植物中提取的叶绿体，嵌入蚕丝蛋白中，制造了一种新型的“人造树叶”，它可以吸收水和二氧化碳来产生氧气，实现自主呼吸。这种树叶被称为“Silk Leaf”。研究表明，相对于普通树叶，它的“工作”效率提高了49%，需要的却仅仅是一点阳光和水。
朱利安·梅尔基奥里制造的“人造树叶”
近些年来，随着环境问题的的逐渐加剧，各国纷纷投入到“人造树叶”的创新研究中。
2023年3月，欧盟“A-LEAF”项目团队在《能源与环境科学》杂志上撰文指出，他们研制出了一款“人造树叶”系统，能模仿自然界的光合作用，将二氧化碳和水转化为可持续燃料，创下10%的太阳能—燃料转化效率新纪录。这是首款太阳能—燃料转化率比天然树叶高一个数量级的“人造树叶”，为实现能源转型提供了可持续解决方案。
在创新“人造树叶”研发的赛道上，中国也不甘人后。
2020年，为攻克人工光合作用领域“卡脖子”技术，中国科学院院士、瑞典皇家工程院院士孙立成选择全职回国任教。目前就职于西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心，担任主任一职。
回国3年来，孙立成院士的科研团队不断壮大。近期，他通过线上演讲，向青少年科普“未来能源”，吸引500多万网友观看。他介绍，目前团队正通过构建“人造树叶”来生产绿氢，已经取得了一定成果，希望为未来科技提供技术支撑。
孙立成院士在节目中介绍人工光合作用
现如今，英国剑桥大学的研究团队利用“人造树叶”制成清洁液体燃料，是这一领域的一座新的里程碑。但是，展望未来，要想让“人造树叶”真正成为主流能源，还需要面临一些挑战。
首先是成本问题。目前“人造树叶”的生产成本还相对较高，需要更多的投入才能实现商业化应用。
其次是技术难题。虽然“人造树叶”技术已经取得了一定的进展，但要实现工业化应用，还需要克服一些技术难题，例如稳定性、耐久性等。
由此可见，“人造树叶”这条清洁能源的创新之路，仍旧任重而道远。