剑桥大学利用受自然启发的新概念 将二氧化碳转化为清洁燃料

据外媒报道，研究人员开发出一种有效的概念，可将二氧化碳（CO2）转化为清洁、可持续的燃料，同时不产生任何不理想的副产物或废弃物。

（图片来源：剑桥大学）

剑桥大学（University of Cambridge）的研究人员此前已经证明，通过生物催化剂或酶，可以利用可再生能源生产清洁燃料，但是效率较低。现在，该校开展最新研究，在实验室环境下，将燃料生产效率提高18倍。这证明了污染性碳排放可以有效转化为绿色燃料，同时不浪费任何能源。

大多数将CO2转化为燃料的方法，会产生不受欢迎的副产物，如氢气。通过改变化学条件，可以充分减少所产生的氢气，但会降低CO2的转化性能。也就是说，生产更清洁的燃料，要以牺牲效率为代价。剑桥大学开发的这一验证概念，依赖于从细菌中分离出来的酶，驱动将CO2转化为燃料的化学反应，这一过程称为电解。酶比其他催化剂（如金）更有效，但对周围的化学环境高度敏感。如果周边环境不适宜，酶就会分解，使化学反应变慢。

剑桥大学的研究人员与葡萄牙里斯本新大学（Universidade Nova de Lisboa ）的团队合作开发了一种方法，通过微调溶液条件来改变酶的周边环境，从而提高电解率。研究人员Dr Esther Edwardes Moore表示：“经过数百万年的进化，酶已经变得非常高效和有选择性，很适合用于生产燃料，不会产生任何不理想的副产物。然而，酶的敏感性引发了一系列不同的挑战。这种方法考虑到其敏感性，可以调整周边环境，以满足酶的理想工作条件。”

研究人员利用计算方法设计了一个系统，以改善CO2电解过程。比起目前的基准解决方案，使用这种基于酶的系统，可将燃料生产水平提高18倍。

为了进一步改善周边环境，该团队展示了两种酶如何协同工作，一种生产燃料，另一种控制环境。结果发现，添加另一种酶，可以加快反应速度。这样既提高了效率，又减少了不必要的副产物。研究人员最终得到了想要的燃料，并且没有副产物，只有边际能源损失，可以充分提高生产清洁燃料的效率。研究人员Dr Sam Cobb表示：“从生物学中获取灵感，有助于开发更好的合成催化剂系统。如果要大规模部署二氧化碳电解，这正是所需要的。”

研究负责人Erwin Reisner表示：“在减少碳排放方面，电解发挥着重要作用。研究人员展示了一种全新概念，以一种节能的方式捕获碳并制造有用的东西。而不是捕捉和储存CO2，这是非常耗能的。”

研究人员表示，提高CO2电解的秘密在于催化剂。近年来，合成催化剂开发方面进展颇丰，但与这项工作中使用的酶相比，仍然存在不足。Cobb表示：“若能设法制造出更好的催化剂，许多CO2电解的问题就会消失。这项研究在向科学界表明，从酶中学到的东西可以转移到合成催化剂上，一旦生产出适合未来使用的催化剂，可以避免目前做出的许多妥协。”

Edwardes Moore表示：“研究人员花费数年时间，试图从分子水平上了解发生了什么。然而，等真正意识到周边环境的影响力时，进展就非常快。”

研究人员希望，利用所了解的知识，解决目前领先催化剂面临的一些挑战性问题，比如直接从空气中提取CO2。在这种条件下，酶作为理想催化剂，才能真正发挥作用。

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