陽光亦可蓄能：DNA 修復機制啟發新型分子太陽能熱儲系統
How sunburn inspired a new way to store energy
作者: Chris Baraniuk | 時間: Thu, 07 May 2026 23:03:04 GMT | 來源: BBC
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陽光亦可蓄能：DNA 修復機制啟發新型分子太陽能熱儲系統
陽光偶爾也會在波士頓照耀，但並非如此。
當化學教授格雷絲·韓（Grace Han）數年前從波士頓首次造訪南加州時，她注意到了這種差異。只要幾個小時暴露在戶外，她的皮膚就會因最初的刺激徵兆而刺痛。
去年，她搬遷至加州大學聖塔芭芭拉分校就任職位，並經常戴上寬帽簷帽子、太陽眼鏡並塗抹大量防曬霜。身為化學教授，她早已做好研究。
「我只是在休閒閱讀關於 DNA 光化學的資料，」她回憶道。
正是那時，她意識到人類皮膚中會因曬傷而受損的 DNA 分子可能會對她有所幫助。這些分子在受太陽輻射時會改變形狀，轉變成其常態形式的緊張版本。
數十年來，科學家一直尋找能夠扭轉形狀、在此過程中儲存能量，並能在需要時恢復原始形狀的分子。
有點像是設置並稍後觸發捕鼠夾。這被稱為分子太陽能熱（MOST）能量儲存，是潛在非常便宜且零排放的供熱方式。這些 MOST 系統可以儲存數個月甚至數年的能量。
研究人員此前對該技術的成效有限，但多虧加州的陽光，韓知道了下一步該嘗試什麼。
重要的是要以平穩且可重現的方式激活能量儲存分子的形狀變化。
幸運的是，數千萬年的演進已經完美化了這個過程（當它發生在我們皮膚時）——在某种意义上，我們都是化學實驗室。
我們皮膚中的 DNA 分子已演變出在名為光裂解酶（photolyase）的酶幫助下修復被陽光扭曲形狀的能力。
韓意識到，這樣的分子是能量儲存系統的理想候選者。「它們非常、非常小，」她解釋道。「而且每單位質量可以儲存巨大的能量。」
她在二月份的論文描述了這類迄今為止最有前途的能量儲存系統，至少就其能量密度而言。韓表示，其功率足以讓燒瓶裡的「非常小的茶壺」迅速煮沸少量的水。
進行該部分研究的她的學生，急忙來告訴她結果。韓回憶道：「當我實際上看到視頻並看到整個溶液沸騰的速度如此之快時，那真的非常驚人。」
她強調，計算機分析預測分子的表現，由她的合作者加州大學洛杉磯分校（UCLA）的坎德爾·侯克及其團隊製作，對工作至關重要。
另一位 MOST 實驗者卡瑟·莫斯 - 保森，他領導西班牙波隆比亞理工大學及其他機構的研究團隊，並未參與該研究，但對結果印象深刻。
「我認為我們最好的系統是每千克一兆焦耳。他們做到了，我認為是 1.6，這真的很令人驚奇，」他說，指的是韓和她的同事達成的能量密度。
他們二月份論文記錄的每千克 1.65 兆焦耳顯著高於目前最流行的電話和電動車電池類型（離子電池）的能量密度。
韓和她的同事提出的 MOST 系統確實有一些限制。其中一點是，導致設置核心處的分子改變形狀的光波長是 300 奈米——一種「非常苛刻的紫外光（UV）」，蘭開斯特大學的約翰·格里芬說。「這確實來自陽光，但只有極小的數量。」
此外，用於扭轉被扭曲的分子形狀以釋放能量的觸發機制是鹽酸——一種使用後必須中和的高度腐蝕性物質。「這不是最理想的选择，」韓承認。
她表示希望能夠改善系統對自然光的反應性，並在不使用有毒化學品的觸發能量釋放。
像這樣工作的最終目標是脫碳加熱，這難以為繼。世界仍主要依靠化石燃料用於加熱應用。分子太陽能熱系統和化石燃料實際上都是化學能量儲存形式。但 MOST 技術「運轉時不燃燒任何東西」，莫斯 - 保森強調。
此外，MOST 可以在地球上任何地方提供，不像化石燃料集中在某些地點。他指出了這一點，胡梅茲海峽的封鎖最近造成了許多問題。那個地區生產的燃料無法運送到人們需要的地方。
莫斯 - 保森表示，MOST 能量儲存系統甚至可以長期儲存能量，甚至數十年。作為熱量儲存的熱能可能僅能持續數小時、數天或最好數個月。
不過，杜伊斯堡 - 埃森大學的哈里·霍斯勒表示還有其他因素需考慮，他也是德國專注於氫能的 ZBT 燃料電池技術中心科學總監。
在 MOST 系統中，光敏分子必須相對薄地塗佈。太厚了，光將無法足夠滲透到其中的所有分子。「在最樂觀的情況下，你可能能夠讓這個厚度達到 5 毫米，」霍斯勒估計。而且，將分子包裝在液體中意味著你很可能需要將該液體從系統的一部分移動到另一部分，以儲存能量或將其轉出，例如。這增加了成本和複雜度。「一旦你需要泵送東西，就有更多可能出錯的東西，」霍斯勒說。
格里芬說他和同事正在開發 MOST 技術的固態版本。韓表示這些也可以採取透明窗戶塗層的形式。這樣，它們可以釋放熱量以防止冷凝或甚至加溫房間。
不過，霍斯勒對 MOST 能否提供建築物所需的所有熱量持懷疑態度。它確實可以加溫衛星或飛機上的溫度敏感部件。
「這是極好的科學，」他補充道。「他們能夠讓這種功能變得正確，真美。」
儘管創新和研究可能會繼續，但也值得指出的是，該領域目前仍然相當利基。格里芬記得去年參加了一個關於 MOST 技術的會議，大約有 70 名參與者。「那基本上是世界上整個從事此項工作的社區。」