據(jù)外媒報(bào)道，如果人類有一天能抵達(dá)火星，那么就需要提前解決的問題之一就是如何生產(chǎn)燃料和藥物等必需品，而不是自己把它們帶到那里。其中一種方法就是收集火星大氣中的二氧化碳并將其轉(zhuǎn)化為有機(jī)化合物的通用材料。對此，來自美國加州大學(xué)伯克利分?？茖W(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出了一種可以做到這一點(diǎn)的反應(yīng)堆，他們通過利用細(xì)菌和大量納米線的混合物進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且按照他們的說法，這種轉(zhuǎn)換的效率達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄水平。

據(jù)了解，該團(tuán)隊(duì)打造的反應(yīng)堆跟光合作用的自然過程有著相似的前提，即植物利用陽光將二氧化碳轉(zhuǎn)化為可用于能源的糖類。這個(gè)系統(tǒng)實(shí)際上也是從大自然中借鑒過來，即依靠水和擠在納米線森林中的Sporomusa ovata菌來驅(qū)動轉(zhuǎn)化。

這些硅納米線的厚度只有人類頭發(fā)的百分之一，是該系統(tǒng)的太陽能收集器。通過吸收光、產(chǎn)生電子并將其傳遞給生活在其中的細(xì)菌，納米線提供了一個(gè)化學(xué)過程--細(xì)菌將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為醋酸鹽和氧氣。

“這些硅納米線本質(zhì)上就像一個(gè)天線，”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Peidong Yang說道，“它們就像太陽能電池板一樣捕獲太陽能光子。在這些硅納米線中，它們會產(chǎn)生電子并將其提供給這些細(xì)菌。然后細(xì)菌吸收二氧化碳、進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)進(jìn)而吐出醋酸鹽。”

在火星上，醋酸鹽分子可以作為制造燃料、塑料或藥物的有機(jī)分子的基礎(chǔ)材料。與此同時(shí)，釋放出來的氧氣可以用來幫助宇航員將他們的人造大氣保持在類似地球的21%氧氣含量環(huán)境。

實(shí)際上，這個(gè)團(tuán)隊(duì)早在五年前就已經(jīng)展示了他們的第一個(gè)生物混合反應(yīng)堆，但當(dāng)時(shí)這個(gè)反應(yīng)堆的太陽能轉(zhuǎn)換效率大概只有0.4%。雖然這跟許多植物的水平相當(dāng)，但該團(tuán)隊(duì)希望將這一效率提高，使其能跟大自然所能提供的最好效率相媲美，即達(dá)到4%至5%。

雖然該系統(tǒng)目前的原型需要一個(gè)外部太陽能板來提供能量，但其能夠創(chuàng)紀(jì)錄的3.6%的轉(zhuǎn)換效率。

科學(xué)家指出，在現(xiàn)實(shí)世界中，硅納米線可以作為太陽能電池板?，F(xiàn)在他們正致力于進(jìn)一步提高該系統(tǒng)效率并正在研究如何利用基因工程細(xì)菌來生產(chǎn)更廣泛的有機(jī)化合物。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Yang指出，火星大氣中有96%的大氣都是二氧化碳，硅半導(dǎo)體納米線可以通過吸收太陽能然后將其傳遞給細(xì)菌來進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。“對于深空任務(wù)，你關(guān)心的是有效載荷的重量，而生物系統(tǒng)的優(yōu)勢在于它們可以自我復(fù)制：你不需要（向太空）發(fā)送很多東西。這就是為什么我們的生物混合版本非常有吸引力?！?/p>

除了在火星殖民中的使用潛力，這種生物混合反應(yīng)堆技術(shù)也可以用在地球，通過制造有機(jī)化合物同時(shí)從大氣中吸收二氧化碳來幫助人類對抗氣候變化問題。

相關(guān)研究報(bào)告已發(fā)表在《Joule》上。