混合物反应堆将CO2转化为有机化合物的通用材料

据外媒报道，如果人类有一天能抵达火星，那么就需要提前解决的问题之一就是如何生产燃料和药物等必需品，而不是自己把它们带到那里。其中一种方法就是收集火星大气中的二氧化碳并将其转化为有机化合物的通用材料。对此，来自美国加州大学伯克利分校科学家们已经开发出了一种可以做到这一点的反应堆，他们通过利用细菌和大量纳米线的混合物进行转换，并且按照他们的说法，这种转换的效率达到了创纪录水平。

据了解，该团队打造的反应堆跟光合作用的自然过程有着相似的前提，即植物利用阳光将二氧化碳转化为可用于能源的糖类。这个系统实际上也是从大自然中借鉴过来，即依靠水和挤在纳米线森林中的Sporomusa ovata菌来驱动转化。

这些硅纳米线的厚度只有人类头发的百分之一，是该系统的太阳能收集器。通过吸收光、产生电子并将其传递给生活在其中的细菌，纳米线提供了一个化学过程--细菌将二氧化碳和水转化为醋酸盐和氧气。

“这些硅纳米线本质上就像一个天线，”项目负责人Peidong Yang说道，“它们就像太阳能电池板一样捕获太阳能光子。在这些硅纳米线中，它们会产生电子并将其提供给这些细菌。然后细菌吸收二氧化碳、进行化学反应进而吐出醋酸盐。”

在火星上，醋酸盐分子可以作为制造燃料、塑料或药物的有机分子的基础材料。与此同时，释放出来的氧气可以用来帮助宇航员将他们的人造大气保持在类似地球的21%氧气含量环境。

实际上，这个团队早在五年前就已经展示了他们的第一个生物混合反应堆，但当时这个反应堆的太阳能转换效率大概只有0.4%。虽然这跟许多植物的水平相当，但该团队希望将这一效率提高，使其能跟大自然所能提供的最好效率相媲美，即达到4%至5%。

虽然该系统目前的原型需要一个外部太阳能板来提供能量，但其能够创纪录的3.6%的转换效率。

科学家指出，在现实世界中，硅纳米线可以作为太阳能电池板。现在他们正致力于进一步提高该系统效率并正在研究如何利用基因工程细菌来生产更广泛的有机化合物。

项目负责人Yang指出，火星大气中有96%的大气都是二氧化碳，硅半导体纳米线可以通过吸收太阳能然后将其传递给细菌来进行化学反应。“对于深空任务，你关心的是有效载荷的重量，而生物系统的优势在于它们可以自我复制：你不需要（向太空）发送很多东西。这就是为什么我们的生物混合版本非常有吸引力。”

除了在火星殖民中的使用潜力，这种生物混合反应堆技术也可以用在地球，通过制造有机化合物同时从大气中吸收二氧化碳来帮助人类对抗气候变化问题。

相关研究报告已发表在《Joule》上。