将二氧化碳转化为清洁燃料，效率提高18倍
环球零碳
碳中和领域的《新青年》
编译：环球零碳团队
来源：https://www.cam.ac.uk/
将大气中的二氧化碳，通过细菌、酶或微生物等，转化为燃料、食品或其他有用的工业产品，这样的研究很多。
比如早几年，美国乔治亚大学的科学家制造一种微生物，让这种微生物能像植物那样吸收二氧化碳，然后产生有用产品，诸如燃料、化学制品等。
还有加州大学欧文分校的分子生物学家Hu Yilin研究团队，在植物光合作用的灵感下，改造了细菌，让细菌体内负责催化作用的酶装备升级。在人工酶的帮助下，特定的细菌可以吸收阳光的能量，将二氧化碳转化为碳氢化合物，进而用于制作燃料。
最近的是中国科学院的科学家，通过一种比植物光合作用更有效的人工合成方式，将二氧化碳直接转化为了淀粉。
这些研究都非常有价值，但因为转化效率比较低，成本比较高，一时半会还很难实现商业化。
类似的研究还在进行之中。
最近，来自英国剑桥大学的科学家已经开发出一种高效的概念，将二氧化碳转化为清洁、可持续的燃料，没有任何不需要的副产品或废物。
剑桥大学的研究人员此前一直在进行这个研究，但利用生物催化剂或酶将二氧化碳转化为清洁燃料，效率都很低。
这一次，他们的最新研究在实验室环境下将燃料生产效率提高了18倍，表明污染性的碳排放可以有效地转化为绿色燃料，而没有任何能源浪费。
这些成果在《自然-化学》和《美国国家科学院院刊》（PNAS）的两篇相关论文中进行了报道。
图说：剑桥大学官网对此研究的报道
01
改变酶的局部环境，提高电解效率
大多数将二氧化碳转化为燃料的方法也会产生不必要的副产品，如氢气。科学家们可以改变化学条件，以尽量减少氢气的产生，但这也降低了二氧化碳转化的性能：因此可以生产更清洁的燃料，但要以效率为代价。
剑桥大学开发的概念验证依赖于从细菌中分离出来的酶，为将二氧化碳转化为燃料的化学反应提供动力。酶比其他催化剂更有效，但它们对其当地的化学环境高度敏感。如果当地的环境不完全正确，酶就会崩溃，化学反应就会很慢。
剑桥大学的研究人员与葡萄牙新里斯本大学的一个团队合作，已经开发出一种方法，通过微调溶液条件来改变酶的局部环境，从而提高电解的效率。
PNAS论文的第一作者、剑桥大学优素福-哈米德化学系的Esther Edwardes Moore博士说："酶经过数百万年的进化，已经具有极高的效率和选择性，而且它们对于燃料生产非常有利，因为没有任何不需要的副产品。然而，酶的敏感性带来了一系列不同的挑战。我们的方法考虑到了这种敏感性，因此局部环境被调整为符合酶的理想工作条件。”
研究人员使用计算方法来设计一个系统，以改善二氧化碳的电解。使用基于酶的系统，与目前的基准解决方案相比，燃料生产水平提高了18倍。
为了进一步改善当地的环境，该团队展示了两种酶如何一起工作，一种生产燃料，另一种控制环境。他们发现，通过添加另一种酶，加快了反应的速度，既提高了效率，又减少了不需要的副产品。
02
电解在减少碳排放方面可发挥很大作用
《自然-化学》论文的第一作者Sam Cobb博士说："我们最终得到了我们想要的燃料，没有副产品，只有边际的能量损失，以最大的效率生产清洁燃料。通过从生物学中获取灵感，它将帮助我们开发更好的合成催化剂系统，如果我们要大规模部署二氧化碳电解，这正是我们需要的。"
领导这项研究的Erwin Reisner教授说："电解在减少碳排放方面可以发挥很大作用。我们已经展示了一个新的概念，而不是捕捉和储存二氧化碳，这是令人难以置信的能源密集型，以节能的方式捕捉碳并从它那里制造出有用的东西。“
研究人员说，更有效的二氧化碳电解的秘密在于催化剂。近年来，合成催化剂的开发有了很大的改进，但它们与这项工作中使用的酶相比仍有差距。
"一旦你设法做出更好的催化剂，二氧化碳电解的许多问题就会消失，"Cobb说，"我们正在向科学界展示，一旦我们能够生产出未来的催化剂，我们将能够摒弃目前的许多妥协，因为我们从酶中学到的东西可以转移到合成催化剂上。"
Cobb进一步补充："将来我们想利用我们所学到的知识来解决一些目前最先进的催化剂难以解决的挑战性问题，例如直接使用空气中的二氧化碳，因为在这些条件下，酶作为理想的催化剂的特性可以真正发挥出来。“
这项研究得到了欧洲研究理事会、Leverhulme Trust以及工程和物理科学研究委员会的部分支持。
● 俄罗斯进攻乌克兰，将加速欧洲清洁能源转型，地缘政治将发生巨变
END
推荐阅读
（点击文字即可跳转阅读）
零碳知识科普
零碳最新动态
零碳内容精选
扫描左方二维码
加入百万社群
欢迎分享、收藏、点赞、在看
让零碳走进生活