马斯克想移民火星，还得靠这位华人科学家
2016-09-28 硅谷密探
人类对于太空的探索已经越来越痴迷....
埃隆·马斯克今日公布了他的火星计划细节并表示2024年前发射载人飞行器！
但是，火星你是上去了，你以为就能在那生活了吗？
呵呵，too young too simple！
现在，火星的极部确实发现了水的存在，但除了水的问题以外，氧气、燃料等也是非常重要的！而现实是，火星上只有充足的二氧化碳、氮气和光照。
今天，探长跑的比香港记者还快，潜入长城会GASA大学，“借”华人科学家杨培东三小时。恰好，他研究的技术，应该是第一批火星定居者急需的 - 人工光合作用。
（杨培东出生于江苏苏州，毕业于中科大应用化学系，哈佛大学博士毕业，现为加州大学伯克利分校教授，上海科技大学物质学院创始院长）
人工光合作用！
是的，你没看错，人工的光合作用，让人造材料实现绿叶能完成的功能，把二氧化碳变废为宝！
2015年，杨培东团队在人工光合作用方面取得了划时代的科研成果 —— 通过将纳米导线与生物催化剂（工程菌）结合，建立出了一个具有相同功能的人工系统，首次模仿绿叶复制了光合作用的过程。
（杨培东在GASA大学讲解人工光合作用）
在自然界中，植物利用太阳能将二氧化碳和水转化成碳水化合物。不过，人工光合作用的想法则是将二氧化碳和水转换为醋酸酯（acetate），后者是今天很多生物合成反应的基础。
原理图
最早，杨培东团队在与美国能源部提出生物催化剂的概念时，曾被当成了玩笑。但当他们发表论文验证这个概念可能性时，却引起了巨大的轰动！尽管，他们的能源转化效率（太阳能到化学能）只有0.4%。
在杨培东后续的研究中，他们将能源转化效率提升到了10%，是自然界光合作用效率的20倍（自然光合作用效率约0.5%）。他们的公式是：
阳光 + 水 + 二氧化碳 = 甲烷 + 氧气
而甲烷是天然气的主要成分。
移民火星不是梦！
事实上，美国宇航局(NASA)在得知他们的技术后，立马准备和他们开展合作。火星表面有大量的二氧化碳、氮气和光照，结合极部的水，再加上他们的这种人工光合作用技术，就可以在火星产生氧气、燃料和各种化学品。
实际上，这种人工光合作用的概念取得突破后，制造糖分等来提供食物也就有了可行性，哈佛的一个实验室迅速跟进，已经用人工光合作用制备出了多碳的醇。
总而言之，移民火星的梦想又近了一步～
人工光合作用的商业化前景
杨培东的这个发现很好的解决了太阳能到化学能的转化，而且将转化效率短期内提升到了10%，从商业化角度上来看已经不错了。在接受硅谷密探（微信公众号ID：svs-007）的采访时，杨培东则表示理论上未来提升到20%也非常有可能。
如果要大型商业化这项技术，他们要解决两个问题：
一个是成本问题。目前，这项技术使用的材料并没有特别稀缺，制备成本上不是大问题，而且本身化学反应中催化剂并不会消耗。
（杨培东在长城会G-Summit上做演讲，谈到商业化前景）
第二个则是稳定性问题或者材料的寿命问题。目前，技术需这项要在光照等环境下进行，还需要二氧化碳和水等进行化学反应。因而，材料的稳定性将成为技术商业化的关键。
这一块，杨培东表示他们将从固体催化剂、生物催化剂两个方向进行探索，试图解决稳定性的问题。
光子时代
如果人工光合作用技术未来能很好的商业化，其至少能产生三方面的重大影响：
一方面是很好的解决了能源问题，人类将不再依赖不可再生的化石燃料。
第二则是很好的解决了碳排放的问题，通过人工光合作用，二氧化碳这种温室气体被消耗了，全球气候变暖问题也就缓解了。这也关系到人类命运啊！
第三个潜在的影响是，人类将有可能进入光子时代。如果人工光合作用大量工业化，阳光充足的地方将更有经济竞争力，成为未来富庶的“中东”。
和马云一样的原创和冒险精神
在央视《开讲啦》栏目中，曾有观众向杨培东提问：“您和马云从神情上、动作上、说话的状态上都有几分相似，那么，您觉得您和马云在各自领域中有什么共同点？”
（此图来自央视节目，非出自探长之手，莫拍）
杨培东给出的回答很简单：他和马云最相似的是原创和冒险的精神。
以他自身为例，当年在刚刚读博的时候，大部分人都在做碳纳米管和C60等热门课题，而他和他的导师则选择了开辟纳米导线这个新领域。
也正是因为这项研究的原创和突破性成就，杨培东在2016年被评为美国科学院院士。
（杨培东在GASA大学解答学员问题）
几十年的积累，有望获诺贝尔奖
探长觉得，杨培东还有一点是和马云相似的，那就是坚持和不断的积累。
杨培东1988年考入中科大应用化学系，1993年前往哈佛大学求学，并在1997年获哈佛大学化学博士学位。在UCSB做了18个月博士后之后，他加入了加州大学伯克利分校，担任助理教授，并一路成为化学系终身教授。
（加州大学伯克利分校，是美国最好的公立学校之一）
而从哈佛求学到现在，20多年，他的主要研究内容就一直是纳米材料，并有望获诺贝尔奖。
除了利用纳米导线和细菌结合体实现了人工光合作用外，杨培东在这之前还围绕纳米导线做过废热发电的研究。
譬如，发电厂产生的大量废热（如热蒸汽），杨培东研究的纳米导线就能很好利用。纳米导线在高温区间是电的良导体、热的绝缘体，有很好的热电转化效应，能提升约5%的发电效率。
（探长在GASA大学还亲手摸了下废热发电材料）
杨培东也将这项技术成功商业化，创办了Alphabet Energy。这家公司主要集中于废热发电中材料的研发和生产，被广泛应用与炼钢、水泥厂、发电厂等领域。Alphabet Energy总部在湾区，已获2350万美元的C轮融资。
（Alphabet Energy的工厂）