如何高效利用太阳能_煤炭清洁高效利用

　　3月11日，日本地震和海啸导致福岛核电站发生7级事故；5月31日，德国宣布将停止使用核电站。与此同时，国际原油价格维持高位运行，化石能源的枯竭也近在眼前，太阳能转化效率迟迟得不到提高，风能发电储能技术没有突破性进展且不能平稳输出电能，水能开发带来的局部生态问题成为开发之痛。
　　吃太阳的家伙们
　　事实上，无论国际能源形势如何变化，很长一段时间之内，人类的能源仍然需要依靠太阳，这个可以供给功率达12万太瓦（1太瓦=1万亿瓦）巨大能量的反应堆，是人类取之不竭的能量源泉，只要收集1小时的太阳能，就可以满足目前人类全年的能源需求。为了接受太阳的能量，自然界早已为我们准备好了光合作用发电厂――绿色植物，我们所要做的就是提高它们的生产效率，并将它们生产的“能量块”并入我们的能量系统。
　　虽然太阳光的总量可观，但是其分布并不均匀，且不说季节交替造成的日照长短变化，单单是阴晴变化就能在很大程度上影响植物光合作用的效率。当光照强度下降到正常值一半的时候，玉米的产量甚至会下降70%之多。更重要的是，这些吃不饱的植物会放弃开花结果，仅仅在水稻籽粒发育期间降低光照，产量因此会下降40%以上；而阴雨天的桃子不甜，也是因为叶片无法为它们输送蔗糖造成的。看来，植物吃不够阳光，以果实、籽粒为食的人类恐怕要面临比恐龙更严峻的食物危机了。
　　当然植物也不会坐以待毙，它们会想方设法提高产量。桃树叶片在长时间的弱光条件下，会变得更薄更大，增加跟光线的亲密接触。同时，它们还会调整叶片中的叶绿素组成，制造出更多的叶绿素b，捕捉那些平常从叶片间轻易溜走的短波（蓝紫色）漫射光。
　　在漫长的进化历程中，植物只选择了吸收红光的叶绿素a和吸收蓝紫光的叶绿素b，利用光的强度着实有限。实际上，为了应对弱光环境，还有些植物还衍生出了吸收长波光线的色素。就在不久前，研究人员在西澳大利亚鲨鱼湾的一个藻青菌菌落中偶然提取到这种叶绿素，将其命名为叶绿素f。实验表明，叶绿素f可通过吸收光谱上限为720纳米的光参与光合作用，它们吸收的光线已经处于近红外区域，比叶绿素b和叶绿素a的吸收光谱更接近红外。拥有此类色素的植物，可以大大扩展种植范围，甚至有可能在日后的星际旅行中发挥重要作用――我们很可能会碰上红外光占优势的恒星星系。
　　就目前而言，如果把这些色素的吸收能力都综合起来，得到的综合吸收能力强大的植物，会比如今的植物捕捉到更多的太阳光子，可以大大提高对太阳光的利用效率。
　　玉米和水稻的不同
　　不过话说回来，低光照不好，高光照更有害。那些被叶绿素吸收但又使用不完的能量，会唆使活性氧出来捣乱，破坏叶绿体和细胞结构，植物也面临被晒伤的后果。
　　要解决这个问题，就需要将叶绿素吸收到的能量迅速用光，储存到糖类物质中去。而这个又跟叶片吸收二氧化碳的能力密切相关。科学家们把目光投向了以玉米为代表的C4植物。
　　与一般的以水稻为代表的C3植物等待二氧化碳渗入气孔参与光合作用不同，C4植物可以先将二氧化碳与一种叫磷酸烯醇式丙酮酸物质结合形成草酰乙酸（分子中有4个碳原子）储存起来。这就像在叶片中安装了一台二氧化碳压缩机，大大提高了反应的强度和效率。科研人员正尝试将C4植物（如玉米）的基因导入C3植物（如水稻）中去，并且取得了初步成果，这些转基因的植物表现出了部分C4植物的特征，为提高光合作用效率和作物产量提供了新的思路。
　　当然，如果像我们这样的动物也能进行光合作用，那就减少了很多能源制造和运输，至少生产食物的费用能削减不少。不过，目前来看这只是幻想罢了。一个正常成年人在不运动的情况下，每天要消耗大约4600千焦的热量。可是目前发现的光合机器并不像汽车引擎那么强悍。除去呼吸作用，每平方米叶片在一个大晴天中只能生产4-6克的干物质，即便是把头顶和脚底板的面积都算上，成年人的平均体表面积不过2平方米，按能量最高的干物质――脂肪计算（其实干物质大部分是能量不到脂肪一半的碳水化合物），相当于最多积累445千焦的能量，勉强够你阅读这份杂志所需的能量。如果不长点支支叉叉，或者像蝙蝠有可以伸缩的皮膜来吸收阳光，恐怕即使全裸在阳光下也吸收不到足够的能量。

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