水为什么是光合作用的原料(也是光合作用的产物——用阳光使二氧化碳和水产生甲烷)

Posted 2023-05-30

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水为什么是光合作用的原料(也是光合作用的产物——用阳光使二氧化碳和水产生甲烷)

现在全世界燃烧的石油和煤炭大都变成了二氧化碳这种温室气体,促使全球变暖。为了抑制这种温室效室，从20世纪80年代起,在全世界范围内掀起了和温室气体作斗争的高潮，许多科学家提出了各种减少排放二氧化碳的办法。

各种办法都不失为有识之举,但其中瑞士科学家伊沃坎伯提出的办法令人耳目一新。他说，减少二氧化碳的排放实际上很困难，因为随着社会和经济的发展，石油和煤炭等能源的消耗只会增加。既然二氧化碳是由燃料燃烧产生的,能不能把二氧化碳变回去再成为一种燃料呢?

这真是一种独特的想法，而且他想了就干。从1995年起,坎伯就和他领导的一个科研小组开始了在实验室里用二氧化碳生产燃料的实验。他根据自己独特的想法提出，用二氧化碳加水来生产甲烷。甲烷是碳和氢的化合物，学过化学的人都知道，二氧化碳加水一般都是变成碳酸,怎么会成为甲烷呢?但坎伯说,我们可以不让它们变成碳酸,而是让它们按人的意志变成燃料甲烷。这在理论上是可能的,因为甲烷是碳氢化合物,在特殊的催化剂作用下,二氧化碳中的碳和水分子中的氢就能化合成甲烷。

怎样才能让二氧化碳和水转变成甲烷呢?靠阳光和一种叫二氧化钛的催化剂,二氧化钛是油漆和牙膏中用作白色颜料的化合物。坎伯发现,二氧化钛在比室内温度略高几摄氏度的温度下,能起一种特殊的催化作用,即使水分子中的氢和二氧化碳中的碳起化学作用,产生碳氢化合物甲烷。但这种催化作用也像植物中的光合作用一样,只能在光线作用下进行,而且这种光不是可见光只能是紫外线光。

坎伯在实验室里用2升二氧化碳气体和水,再用50毫克二氧化钛作催化剂,果然生产出了几微克的甲烷。但坎伯说,目前这种技术还达不到实用要求,要真正用二氧化碳和水生产出大量的甲烷,还要做大量工作。不过，前景还是光明的。因为在比较低的温度下用二氧化碳经光合作用能合成甲烷这个事实,不仅令人意外,而且相当激动人心。因为以前用二氧化碳和水合成甲烷,要在摄氏几百度的温度下用催化剂来实现,而现在的实验在50摄氏度就能合成甲烷。

现在坎伯希望用太阳光的可见光也能促进二氧化碳和水化合产生甲烷的反应，如果真能这样，那就真是前途无量了,因为目前二氧化钛只是被可见光中的3%活化，等于绝大多数阳光被浪费了。因此,他的科研小组正在寻找一种能被更多的太阳光谱激活的催化剂，如能找到，就可以在燃煤或石油的发电厂的排气烟囱中回收二氧化碳废气流,再用阳光和催化剂将它们变成甲烷。