◆小玉的財經新聞筆記◆

【鉅亨網】 麻省理工學院教授Daniel G. Nocera長期以來就相 當嫉妒植物。他很希望也能像植物一樣行光合作用，利 用太陽能把水分解成氫和氧，然後釋放氧氣、還元二氧 化碳，合成有機化合物（糖）。他認為這是唯一解決人 類能源困擾的辦法：太陽光照射地球 1小時的量，就足 以供應植物全年的能源需求了。

人畢竟不是植物，今年之前Daniel G. Nocera教授 始終找不到好方法實現他的夢想，然而，今年 1月，他 終於知道他該怎麼做。

他研究出一個更便宜又簡單的方式來儲存太陽能， 這個成果可能會大大改變太陽能產業，讓太陽能成為人 類主流能源來源。Daniel G. Nocera教授的新發現，將 登上 8月 1日出版的《Science (科學)》－全世界最知 名的自然科學期刊。

Daniel G. Nocera表示，「這是我們已經幻想好多 年的最美好境界。以前我們總覺得太陽能發電很有限、 遙不可及，並非當下使用的能源。但現在，真的可以迎 接永無限制、馬上降臨的太陽能。」

大家熟知的光合作用，是植物吸收太陽能，將光轉 變為電流，然後分解水得到氫與氧，還原二氧化碳合成 有機化合物，而最主要的有機物是葡萄糖。這一系列複 雜的過程包括光反應（light reaction）與暗反應（ dark reaction）兩部份。植物則會將白天合成的能量 儲存起來。

光合作用基本上是一種氧化還原反應，電子會在反 應中移動，一邊放出電子，另一邊就接收電子。把水變 成氫和氧，是系統中兩個電極產生的，而電子就會從這 個電極流到另一個電極，形成電流。水電解反應正常不 會平白產生，但利用太陽能和催化劑，水電解反應就可 以產生，反應中形成的電流，可以用來為電池充電。

這正是「讓陽光也能儲存」的研究核心。

Daniel G. Nocera教授和他實驗室裡的博士後研究 員 Matthew Kanan把焦點放在光合作用的水分解過程。 他們發現，在水中加入便宜簡單的催化劑可以讓分解過 程更順利進行。

他們在水中加入鈷和磷酸鹽，接上電極，鈷和磷酸 鹽在電極附近形成薄膜式的催化劑，使電極上的電子可 以從水中分解出氧氣。氧氣形成氣泡浮到水面上，遺留 下質子。

就在幾寸之外，另一個催化劑鉑加入作用，幫助把 這個裸露的質子變成氫氣（這項反應很有名，不過而非 兩人研究的重點）。Daniel G. Nocera教授表示，「一 旦把太陽能光電電池接上去，人類就像擁有一棵無機植 物，能量源源不絕！」

閱讀Daniel G. Nocera和Matthew Kanan在《 Science》上發表的研究摘要，顯示植物在自然的光合 作用中利用太陽光分解水，形成氫氣和氧氣；而今要用 人為的方法實現這個系統，需要催化劑讓產生氧的化學 反應降低反應需要的能量，而兩位研究者找到了這個催 化劑：使用惰性銦錫氧化物當電極，放在含有鈷離子的 磷酸鹽水溶液中。

磷酸鹽與鈷的濃度是1：2。在產生氧氣的過程中會 有質子，因為酸鹼度的關係（弱鹼性環境）水中會有 HPO42– （磷酸氫鹽離子），可作為質子受體。這種催 化劑在原地形成，而且地球上很豐富，在中性水中也可 以使用。

英國倫敦帝國學院教授James Barber專研人工光合 作用，他並未參與這項研究，但他稱Daniel G. Nocera 教授和 Matthew Kanan研究員的發現為「偉大的躍進」 。這代表人類向大規模清潔能源、無碳能源又前進一大 步。

James Barber表示，「這是個重大的發現，深深影 響人類未來的繁榮。這項研究成果的重要性無與倫比。 」

其實Daniel G. Nocera教授的大發現是從挫折中成 長而來。由於不滿實驗的進展遲緩，他和他的團隊去年 12月決定，重新檢驗早期實驗中幾個基本的假設。

化學家們始終都擔心催化劑的穩定性，而且一直希 望合成不被腐蝕的催化劑。然而，光合作用是一種很激 烈的化學反應，每30分鐘催化劑就會失去功能，以至於 植物必須不斷地重建催化劑。

後來Denial G. Nocera認為，也許不該老是想違逆 催化劑腐蝕的常態，而應該順勢而為。他表示，「這是 許多科學家的偏執：我們想要化學結構上的穩定，但是 有時候只要功能上穩定就好。」

這個想法促使他嘗試使用鈷磷酸鹽混合物。他知道 雖然結構上可能會分離，但終究功能會持續。果然，每 當電流被切斷，催化劑就分解，但是當電流恢復時，又 會重新聚合在一起。

Daniel G. Nocera的發現仍然還是一個科學實驗， 在變成可用的設備之前，仍需要大量技術協助。他研究 核心所需的催化劑─鈷離子磷酸鹽水溶液，目前很便宜 也很充裕；但是氫反應需要鉑當催化劑，鉑昂貴又稀有 ；電極需要再改良，讓形成氧的速度加快；而且這個系 統需要被整合到某種電力生產設備中，最好是太陽能或 風能發電設備中，一端接電池的能源電解水，一端把電 流接燃料電池充電。

但不論如何，整個過程的核心還是電解水分解出氧 氣和氫，而Daniel G. Nocera已經完成。他表示，「現 在我們可以開始來設想，一個完全分散式的太陽能光電 系統。以前我們不能想像太陽能經濟，因為太陽下山， 無法24小時發電又無法儲存能量，現在我們可以做到了 ！」

教授的信心其來有自，他的電解裝置比傳統電解裝 置簡單、方便而且便宜太多，又不需要有毒性的鹼性溶 液，全世界的科學家和工程師都可以著手進行改良。

現在Daniel G. Nocera還在繼續改進他的設計，而 他也計畫與麻省理工學院工科同事一起努力，嘗試將這 個儲電設備結合到整個發電系統裡。

Daniel G. Nocera希望，有一天人類可以完全靠太 陽能來生活，夜以繼日。

(林佳萱)