2021年人工光合作用技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析 能量轉(zhuǎn)換為技術(shù)研發(fā)重點(diǎn)【組圖】

本文核心觀點(diǎn)：人工光合作用技術(shù)為碳中和前沿技術(shù)研發(fā)熱點(diǎn)之一，研發(fā)重點(diǎn)為提升能量轉(zhuǎn)換效率

人工光合作用為碳中和前沿技術(shù)研發(fā)熱點(diǎn)之一，能量轉(zhuǎn)換為技術(shù)重點(diǎn)

碳中和目標(biāo)背景下，我國(guó)加快低碳技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用推廣。其中，上海市2021年度“科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”科技支撐碳達(dá)峰碳中和專項(xiàng)第一批項(xiàng)目申報(bào)指南中，人工光合作用為前沿技術(shù)專題之一。

人工光合作用(artificial photosynthesis，AP)是模仿生物自然光合作用的一類化學(xué)過(guò)程，將陽(yáng)光、水及二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳水化合物與氧氣。其中，將水轉(zhuǎn)化為氫氣和氧氣的光催化水分解技術(shù)是人工光合作用的主要研究方向。目前已有電動(dòng)汽車使用人工光合作用供氧的燃料電池。

人工光合作用能量轉(zhuǎn)換效率不斷提升，目前已突破20%

植物通過(guò)光合作用把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電勢(shì)能，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)一系列生化反應(yīng)，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成含碳的能量載體和氧氣，這是碳基生物利用能源和碳物質(zhì)的核心基礎(chǔ)過(guò)程。但自然光合作用中太陽(yáng)能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)換效率太低，雖然理論值最高可達(dá)8%，但實(shí)際上一般小于1%，而人工光合作用目前研究成果中預(yù)計(jì)太陽(yáng)能到化學(xué)能的最高轉(zhuǎn)換效率約為25%，大大高于自然光合作用能量轉(zhuǎn)換效率。

2014年日本東芝公司在人工光合作用的工序里，通過(guò)特殊半導(dǎo)體和表面經(jīng)過(guò)加工的金屬催化劑，用太陽(yáng)光和甲醇等原料成功產(chǎn)生出一氧化碳，成功使其轉(zhuǎn)化率提高至1.5%。上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授林柏霖課題組通過(guò)新型電極的構(gòu)造和系統(tǒng)工程優(yōu)化，首次開發(fā)出了太陽(yáng)能到化學(xué)能的能量轉(zhuǎn)換效率超過(guò)20%的二氧化碳還原人工光合作用系統(tǒng)，相關(guān)成果已于2020年8月在線發(fā)表于《材料化學(xué)雜志A》。

技術(shù)研發(fā)熱度較高，納米科技、水分解催化劑等為重要研發(fā)領(lǐng)域

目前，人工光合作用技術(shù)研發(fā)熱度較高，2015-2020年，人工光合作用相關(guān)技術(shù)專利申請(qǐng)數(shù)量呈逐年上升趨勢(shì)，2020年共有43項(xiàng)。專利技術(shù)主要申請(qǐng)人包括柳州紫荊八度陽(yáng)光新能源有限責(zé)任公司、福州大學(xué)、上海交通大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所等。

注：專利查詢時(shí)間為2021年8月31日。由于專利公開具有一定的時(shí)滯性，故以上數(shù)據(jù)僅供參考。

目前，我國(guó)科技企業(yè)在人工光合作用技術(shù)中的探索仍處于初步階段，技術(shù)領(lǐng)域主要包含納米科技(利用納米大小的光感應(yīng)材料將光能轉(zhuǎn)換為電能)、太陽(yáng)能制氫、水分解催化劑等，致力于研究出人工光合作用相關(guān)技術(shù)。部分初創(chuàng)企業(yè)及科技企業(yè)人工光合作用相關(guān)技術(shù)專利及成果如下：

以上數(shù)據(jù)參考前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《中國(guó)碳中和產(chǎn)業(yè)投資機(jī)會(huì)與投融資策略建議分析報(bào)告》，同時(shí)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院還提供產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)、產(chǎn)業(yè)研究、產(chǎn)業(yè)鏈咨詢、產(chǎn)業(yè)圖譜、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、園區(qū)規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)招商引資、IPO募投可研、招股說(shuō)明書撰寫等解決方案。

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