人造葉子可生產(chǎn)肥料

20世紀(jì)后半期，大量使用化肥是農(nóng)業(yè)繁華的一個(gè)原因，被稱為“綠色革命”，這為避免全球糧食危機(jī)作出了努力。但現(xiàn)在人口繼續(xù)膨脹，喂養(yǎng)全世界的挑戰(zhàn)又開始了。為了幫助推動(dòng)下一場農(nóng)業(yè)革命，科研人員發(fā)明了一種“仿生”葉子，利用細(xì)菌、陽光、水和空氣在作物生長的土壤里制造肥料。

美國化學(xué)學(xué)會（acs）是世界最大的科學(xué)社團(tuán)，今年年會呈現(xiàn)了超過14000個(gè)廣泛的科學(xué)主題。仿生葉子研究小組將其成果在第253屆acs全國會議與博覽會上展示出來。

“當(dāng)擁有了大型的基礎(chǔ)設(shè)備、集中的系統(tǒng)過程，你很容易就能制造和提供化肥?！惫鸫髮W(xué)daniel nocera博士說，“但如果我現(xiàn)在要求你立刻到印度某個(gè)小村子里，用臟水來做這件事呢？——算了吧?！?/p>

他認(rèn)為，新興的貧困國家并不總是具備如此好的資源條件。我們應(yīng)該考慮分散式的系統(tǒng)，因?yàn)檫@才是真正被需要的。

上世紀(jì)60年代的第一次“綠色革命”見證了肥料在水稻和小麥新品種上施用量的增加，這促使農(nóng)業(yè)產(chǎn)出的雙倍增長。聯(lián)合國糧農(nóng)組織稱，盡管這一轉(zhuǎn)變造成了一些嚴(yán)重的環(huán)境破壞，但它可能挽救了數(shù)百萬人的生命，特別是在亞洲。

當(dāng)世界人口尤其是最貧困國家的人口繼續(xù)增加，為每個(gè)人提供食物就要求多管齊下，但專家們普遍認(rèn)為，為避免更多土地被開墾為耕地，其中一個(gè)策略要涉及到如何提高作物產(chǎn)量。

為助力于下一場綠色革命，nocera正努力研究他最知名的仿生人工葉子以制造肥料。人工葉子是一種裝置，當(dāng)它暴露在陽光下時(shí)，會模仿天然葉子將水分解成氫和氧。這帶來了仿生葉子的新進(jìn)展，其將分解水的催化劑與富養(yǎng)羅爾斯通氏菌匹配，消耗氫并把空氣中的二氧化碳濾出制造液體“燃料”。

去年6月，nocera團(tuán)隊(duì)報(bào)道了轉(zhuǎn)化人工葉子的鎳鉬鋅催化劑，其對微生物而言有毒、對鈷和磷細(xì)菌友好。新系統(tǒng)提供的生物量和液體“燃料”產(chǎn)量大大超過了來自天然光合作用的部分。

“燃料只是第一步?！眓ocera表示，“達(dá)到這一點(diǎn)說明你有了一個(gè)可再生的化學(xué)合成平臺?，F(xiàn)在我們展示它的普遍性，通過另一種細(xì)菌把大氣中的氮弄出來制造肥料?！?/p>

對于這種應(yīng)用，科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)系統(tǒng)，在此黃色桿菌從人工葉子中固定氫、從大氣中固定二氧化碳，來制造像燃料一樣將細(xì)菌內(nèi)儲的生物塑料。

“之后我把它放在土壤中，因?yàn)樗呀?jīng)用陽光來制造生物塑料了?！眓ocera說，它把氮從空氣中拉過來，利用儲存著氫的生物塑料，為作物施肥制造氨。

nocera的實(shí)驗(yàn)室分析了這個(gè)系統(tǒng)的氨產(chǎn)量，真實(shí)的證據(jù)就在蘿卜上?？蒲腥藛T用他們的方法進(jìn)行了五個(gè)作物種植周期。接受仿生葉源肥料的蔬菜重量比對照作物多150%。下一步，為了提高生產(chǎn)量，nocera希望印度和撒哈拉以南的非洲農(nóng)民可以自己生產(chǎn)肥料。

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