人造光合作用 化解能源危機

2010-12-09

人造光合作用 化解能源危機

還是那一個聽膩了但不得不正視的問題。煤：一百四十八年。石油：四十三年。天然氣：六十一年。

上述是全球化石燃料估計餘下壽命。想想看──四十三年後就不再有石油了，而事實上你不必等到用盡最後一滴才「知驚」，因為在那以前它的價格已經會漲到只有李嘉誠才負擔得起。

美國地質學家哈伯特（King Hubbert）有一理論，稱為哈伯特頂點（Hubbert' s peak），謂全球石油產量將於2004 至2015年之間達到頂點。頂點過後，勢必出現能源危機。再過幾星期，就2011 年了。

那麼，怎辦好呢？我們可以向大自然學習。

不說不知，人類的能量需求急遽提升，始於工業革命。物質生活與能量需求相輔相成，以驚人速度增長。今日，如要讓一個人過「正常」生活，需要一百人一輩子不眠不休地踩單車──我們的能源用量便是過分到這個程度。

一切能量來自太陽

風力發電、水力發電、地熱能……小學科學堂也有教可替代能源，但這些聽上去冠冕堂皇的詞彙有着各種各樣的問題。水力發電效果有限；地熱能成本高昂；風車佔用地方大，如要供應全人類，地球2%陸地要用來建風車。

要發掘新的解決辦法，必須先了解能源的本質：除核能外，我們一切能源均來自太陽。

太陽的引力令兩顆氫原子核衝撞到一起，合成一顆氦。此過程稱為核聚變，原理與氫彈同樣。那麼，氫彈有多厲害？1952 年美國曾試爆過，其威力約為原子彈的五百倍。

我們口中說的風力，其實源於太陽熱力造成兩地溫差；水力亦源於太陽把水蒸發成雨。

至於核能呢？我們不妨把核能視為人造超小型、可控制的太陽，是以它產生的能量與我們真正的太陽無關。

換句話說，要解決能源問題，即是等於問： 「怎樣有效地利用太陽的能量？

」學蟻加速分解植物

威斯康辛大學

（University of Wisconsin）的Gareth Soon 認為， 我們可以學切葉蟻。

切葉蟻的食物是樹葉，但又不完全是樹葉。情況就如人類吃豆腐，蟻們會在一個蟻穴收集多達九百磅樹葉，再讓菌類慢慢把葉發酵，轉化成糖分。有了糖分，只要加點釀酒功夫，我們就可以把它再轉成乙醇，即我們平日講的酒精。

酒精除了可以用來解千愁外，也是極佳的能源。以巴西為例，該國汽車有近半都是以純乙醇驅動的。當我們找出菌類把葉發酵的關鍵微生物，把它抽出來以工業方式加以利用，我們便能輕易把不合食用的植物轉化成能源。

然而，乙醇也不是萬能的。它的最大問題就是能量密度只有化石燃料的80%。

比方說，燃燒酒精產生的火燄熱度就遠不如燃燒汽油。換句話講，以汽車為例，燃燒酒精會令其馬力較弱，油缸也得更大。

那麼，怎辦才好呢？我們可以學葉。

學葉產生光合作用

加州理工學院（California Institute ofTechnology）的Nathan Lewis 教授正透過觀察大自然的古老智慧，試圖解決能源問題。他的方案是製造「人工樹葉」，以人造光合作用，把太陽光轉化成一種家居汽車也可使用的化學能。

「人人都知道什麼叫植物，也知道什麼叫太陽能電池。我們的做法則是把兩者混合。太陽能電池無法像植物般儲存能量，但它收集太陽光的效率比植物高。如果可以把大自然的傑作與人類的傑作合而為一，我們就成功了。」光合作用的原理是透過太陽能把水分子H2O 拆解成氫H 和氧O，氧氣排出葉外，氫則與二氧化碳CO2 組合成糖分。Nathan Lewis只要氫，不要糖分。

他的想法是讓「人工樹葉」利用太陽能電池的矽（Silicon）收集陽光，刺激負電荷，令其像植物般把水分解成氫和氧。氫也是不錯的燃料，不僅可以推動汽車，甚至火箭也是用它作為能源。

「我們的目標是家家戶戶可以把這些『人工樹葉』鋪在屋頂，給它送水送陽光，任其製造氧，釋放到空氣中，再留住氫，作為家庭與汽車使用的能源。」Nathan 說。

然而氫亦與乙醇的問題同樣：能量密度不夠高。

「我們已經有世界級的化學工序，把氫與二氧化碳合成甲醇，再製成汽油。」他說。

「結論是：我們只要能夠把太陽能轉化成化學能，便能再把它轉換成任何人類社會所需的燃料。」要把「人工樹葉」實際造出來，進而工業化，甚至大量生產，還有一段很長的路要走。

不過，要是成功了，人類便解決了一大迫切而嚴峻的問題──雖然同時又帶來一大堆後遺症：石油價格急跌、油王不高興、汽車要改裝……大概到時，釣魚台也不會再有誰去搶了。

港大辦講座推廣再生能源

香港大學工程學院和潔淨能源及環境中心將與Discovery 頻道於本周六（12月11 日）假港大周亦卿樓合辦公眾講座及該頻道新節目《驅動未來》的優先場。

屆時該大學工程系教授梁耀彰博士和香港地球之友總幹事劉祉鋒將擔任嘉賓講述環保及再生能源發展。《驅動未來》將於12 月23 日起逢周四晚上九時播出。

楊天帥