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为了加快人类梦想的技术——“人工光合作用”的研发，2012年，日本接连启动了全国规模的项目。包括日本文部科学省主导的“利用人工光合作用的太阳能物质转换”，和日本经济产业省与文部科学省合作主导的“人工光合作用项目”。“利用人工光合作用的太阳能物质转换”的项目负责人是人工光合作用研究的领军人物、日本首都大学东京人工光合作用研究中心特聘教授井上晴夫。 “创造不发生战争的国际社会是科学技术人员背负的使命。为此，我们必须实现‘人工光合作用’。” 首都大学东京人工光合作用研究中心主任、特聘教授井上晴夫坚定地说道。他是日本研究人工光合作用的领军人物。 植物借助太阳光能的作用，利用水和二氧化碳制造氧气和有机物。我们的身体由有机物构成。食品也是有机物。石油、煤炭、天然气等化石燃料及其制成的塑料等石油化学产品都是有机物。而这些有机物全部起源于植物和藻类的光合作用。 有机物燃烧可以发热，由此可知，有机物中可以储存能量。也就是说，天然的光合作用是以水为原料，利用可见光的能量制造出蓄能型化合物。 而人工光合作用则是利用阳光、水和二氧化碳，制造蓄能型的有用化合物，与植物并不尽相同。 特别是，如果能利用阳光分解水，制造氢气和氧气，无论是从能源的角度，还是从物质循环的角度来看，都是非常出色的成果。氢气在氧气的助燃下燃烧就会产生热量，并重新转化成水；以氢气为原料与二氧化碳发生反应就可以制造有机物。 既然如此，如果能够实现人工光合作用，是不是就能避免很多意在抢夺资源的战争？这既是井上的主张，也是他长年的梦想。 “地球的能源资源分布不均，而且存量有限。但太阳光能几乎无限，并且平等地照射在每一个国家。同时，人工光合作用是使用二氧化碳制造有机物，因此还直接有助于二氧化碳的循环。人工光合作用将成为一举解决确保能源资源、防止气候变暖这两个课题的撒手锏。” 研究人工光合作用的国家项目接连上马 井上邂逅人工光合作用，是在日本东京大学研究生院工学系研究科攻读研究生的时候。井上回忆说：“直觉马上告诉我，人工光合作用是人类应当解决的重要课题。”从那时开始，井上就一门心思地投入到了人工光合作用的研究之中。 然而，水和二氧化碳的化学状态极其稳定，只使用太阳能将其分解，并转换成有机物并非易事。不只是井上，世界上还有很多科学家都在长年进行尝试，但直到现在，距离实用化依然是任重而道远。 在这种情况下，2012年，为了加快人工光合作用的研发，日本接连启动了全国规模的项目。 那就是井上作为项目负责人的文部科学省科学研究费补贴项目、新学术领域“利用人工光合作用的太阳能物质转换”（2012年～2016年度），和东京工业大学副校长辰巳敬作为总项目负责人、由经济产业省和文部科学省联合主导的“人工光合作用项目”（2012年10月～2022年度）。后者更是跨度达到10年，预算高达150亿日元，规模之大前所未有。 井上还在同年成立了由日本国内的研究者、科学技术政策的制定者、企业及市民参加的“人工光合作用论坛”。 从2009年开始，日本科学技术振兴机构（JST）也在推进战略性创造研究推进事业先驱项目“光能与物质转换”（2009年度～2017年度），井上任研究总负责人。如今，日本的人工光合作用研究骤然活跃起来。 诺贝尔奖获得者根岸教授的建议 这背后有两个因素。第一个因素是2010年荣获诺贝尔化学奖的美国普渡大学特聘教授根岸英一的建议。 人工光合作用原本是日本长期领先于世界的领域。1972年，现任东京理科大学校长藤岛昭等人在英国的科学杂志《自然》上发表了“本多藤岛效应”，在全世界率先验证了人工光合作用的可行性。2006年～2010年，在该领域日本申请的专利数量也力压亚军美国和季军中国，荣登榜首。 但进入2011年，美国政府宣布，在5年里向人工光合作用研究投入约1亿美元以上的预算。在加利福尼亚州建设了大型研究基地“人工光合作用联合中心”。而且，中国、欧盟、韩国也在快速增加全国规模的研究项目。 世界各地的动向令根岸产生了强烈的危机感，主张“人工光合作用才是日本应当领先于世界实现实用化的领域”，大力强调有必要在国家主导下，立即建立产官学合作的“全日本”体制。 对于应当由国家主导开展项目的理由，井上作出了以下解释。 “人工光合作用如果实现实用化，将成为基础非常广泛的产业领域。因此，企业间的合作必不可少。这是必须以长远眼光进行发展的领域，绝非一家企业可以解决的课题。国家需要发挥旗手的作用，在寻求社会理解的同时，作出健全的判断，并以此为基础进行的引导。” 日本研究者解开光合作用的最大谜题 第二个因素是在2011年，日本科学家解开了困扰众多科学家200多年的光合作用之谜。 植物的光合作用大致分成两个阶段。首先是使用太阳光能，进行从水中夺走电子的“氧化反应”，然后是进行利用电子还原二氧化碳，制造有机物的“还原反应”。第一阶段利用阳光，称为“光反应”，第二阶段不利用阳光，称为“暗反应”。 过去的研究已经证实，在暗反应中，光反应从水中夺取电子时产生的物质起到“试剂”的作用，酶作为“催化剂”，参与二氧化碳还原和有机物生成。催化剂是指令化学反应容易产生的物质。无论是在自然光合作用，还是在人工光合作用中，都发挥着极其重要的作用。 而在光反应中，植物叶片“类囊体膜”中的叶绿素吸收太阳光能，也就是光子，利用光子夺取水中的电子。但对于最初吸收光子，从水中夺取电子，发挥着这一极其重要作用的反应中心内的物质，其详细的分子结构却尚不清楚。 2011年，日本大阪市立大学教授神谷信夫和冈山大学教授沈健仁等人的科研小组，在全世界率先解开了上述分子结构之谜。他们成功使反应中心结晶，利用全球最高水平的分析装置，以1.9埃（1埃为100亿分之1米）的空间分辨率，清晰地观察到了分子结构。 至此，光合作用的全貌终于水落石出。 现在，科学家们正在研究反应中心从水中夺取电子的详细原理。 其实，人工光合作用研究的最大课题也是“如何从极其稳定的水中夺取电子”。这是人工光合作用研究进展不畅的最大原因。 正因为如此，通过利用神谷教授和沈教授等人的研究成果，人工光合作用的研究或有望实现巨大进展，有关方面对此寄予厚望。大阪市立大学也在2013年6月，新设立了人工光合作用研究中心。开始全力推进人工光合作用研究。 井上说：“我希望日本在全球率先实现人工光合作用，并将该技术推广到全世界。利用这项技术，让世界变得幸福，同时日本也可以享受知识产权带来的利益。”（ |
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