人造葉子可生產肥料

　　20世紀后半期，大量使用化肥是農業繁華的一個原因，被稱為“綠色革命”，這為避免全球糧食危機作出了努力。但現在人口繼續膨脹，喂養全世界的挑戰又開始了。為了幫助推動下一場農業革命，科研人員發明了一種“仿生”葉子，利用細菌、陽光、水和空氣在作物生長的土壤里制造肥料。

　　美國化學學會（ACS）是世界最大的科學社團，今年年會呈現了超過14000個廣泛的科學主題。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。

　　“當擁有了大型的基礎設備、集中的系統過程，你很容易就能制造和提供化肥。”哈佛大學Daniel Nocera博士說，“但如果我現在要求你立刻到印度某個小村子里，用臟水來做這件事呢？——算了吧。”

　　他認為，新興的貧困國家并不總是具備如此好的資源條件。我們應該考慮分散式的系統，因為這才是真正被需要的。

　　上世紀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，這促使農業產出的雙倍增長。聯合國糧農組織稱，盡管這一轉變造成了一些嚴重的環境破壞，但它可能挽救了數百萬人的生命，特別是在亞洲。

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

　　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，當它暴露在陽光下時，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展，其將分解水的催化劑與富養羅爾斯通氏菌匹配，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團隊報道了轉化人工葉子的鎳鉬鋅催化劑，其對微生物而言有毒、對鈷和磷細菌友好。新系統提供的生物量和液體“燃料”產量大大超過了來自天然光合作用的部分。

　　“燃料只是第一步。”Nocera表示，“達到這一點說明你有了一個可再生的化學合成平臺。現在我們展示它的普遍性，通過另一種細菌把大氣中的氮弄出來制造肥料。”

　　對于這種應用，科研團隊設計了一個系統，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菌內儲的生物塑料。

　　“之后我把它放在土壤中，因為它已經用陽光來制造生物塑料了。”Nocera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的實驗室分析了這個系統的氨產量，真實的證據就在蘿卜上。科研人員用他們的方法進行了五個作物種植周期。接受仿生葉源肥料的蔬菜重量比對照作物多150%。下一步，為了提高生產量，Nocera希望印度和撒哈拉以南的非洲農民可以自己生產肥料。