原创解决全球变暖新途径我国科学家发明人工树叶让二氧化碳变废为宝

原标题：处理全球变暖新途径？我国科学家创造“人工树叶”让二氧化碳变废为宝

撰文/孙亚飞（清华大学化学系 博士）

导语：使用二氧化碳来模仿光合效果，高效的发作动力可以说是非常艰巨的使命也是难度极高的课题，可又是一件含义严重的作业。天津大学化工学院巩金龙科研团队把目光聚集到太阳能。使用太阳能，“人工树叶”在催化剂的效果下把水和二氧化碳高效地转化为甲醇、甲烷等含碳分子，直接可作为燃料再次使用。

2019年，咱们如愿度过了有温度记载的140年以来最热的一个夏天。各种消暑神器轮番上阵，但毕竟挡不住这热浪滚滚。假如对此你感到有些失望，那么有一个好消息是：假如坚持现在的趋势不变，本年或许便是未来140年内最凉爽的一个夏天。

▲烈日下黑色轿车表壳温度可达70℃ 图源/网络

“全球变暖”现已得到世界的遍及一致。但究竟为什么会呈现这样的现象，还有许多争议。不可否认的是，在气温上升的这一百多年里，人类工业革命蓬勃开展，并向空气中排放了许多温室气体二氧化碳，不扫除是因为二氧化碳浓度的上升，让地球变得越来越热。

图：冰芯记载反表演的45万年以来大气二氧化碳浓度改变（红线）与温度改变（蓝线），二者在45万年以来一向坚持着杰出的相关联系：二氧化碳升高，温度同步升高

人类工业化开展导致地球二氧化碳过量排放

地球的生物圈处于很奇妙的平衡之中。简直一切的生物都会代谢出二氧化碳获取能量，当这些二氧化碳排放到空气中后，会成为植物光合效果的质料，转化为葡萄糖，并终究成为生物圈一起的能量来历。

植物光合效果示目的 图源/网络

人类的工业化进程，伴随着煤炭、石油的焚烧进程，终究产品中含有许多二氧化碳。它们的分子结构，和生物呼吸发作的二氧化碳并没有什么区别，也可以作为光合效果的质料。

斯克里普斯海洋研讨所和NOAA一起科研数据显现：2019年5月的二氧化碳峰值创有记载以来新纪录414.8ppm，图源/NOAA

数亿年来，地球上巨大的生物圈不断维持着平衡。当地球氧气含量过多时，就会催生出巨型的物种（比方恐龙），连同高发的山火，植物被天然地耗费，从而下降氧气浓度。反之，当地球二氧化碳浓度上升时，会促进植物生长得更旺盛，进步光合效果的功率，一起地壳也会吸收更多的二氧化碳构成碳酸盐岩石。

咱们有理由信任，伴随着二氧化碳浓度逐年攀升，地球会从头到达新的平衡，二氧化碳的浓度维持在安稳的水平，温度上升趋势将放缓。可是，这需求时刻，并且会是很长的时刻，关于人类开展来说，或许等不起。

二氧化碳的循环，图片来历/科学出版社微信大众号

科学新思路：人工促进二氧化碳吸收

现在，地球二氧化碳的排放量巨大，怎么加速对其的有用吸收和使用，现已成为全球各国科学家研讨的严重课题。从理论上，有多种可完结的途径。

二氧化碳的固定化，是现在非常抢手的研讨课题。最直接的一种办法，便是将二氧化碳转化为碳酸盐。天然界常见的石灰石便是一种碳酸盐，也便是碳酸钙，而海水和土壤中又有丰厚的钙质，所以这好像不难完结。

可是，碳酸盐并不安稳，它们随时都可以从头释放出二氧化碳，所以，算不上是很完全的二氧化碳固定化效果。

因而，在这一进程的基础上，科学家又开展了二氧化碳的矿化固定工艺，借助于二氧化碳去处理炼钢的矿渣，收回其间的一些金属离子，比方钛、铝等元素，终究可以得到钛白粉等产品，而二氧化碳则转化成聚碳酸酯等产品，完结了有用固定。

这种处理办法，现在来说现已具有工业化远景。天津大学的巩金龙教授团队通过三年多的研讨，完结了使用太阳能、氢能等绿色动力，在温文条件下进行二氧化碳的高效转化，建立了新式的“光电催化二氧化碳复原”“二氧化碳加氢复原”途径，打通了从二氧化碳到液体燃料和高附加值化学品的绿色转化通道，完结了将二氧化碳复原为甲醇和其他碳氢燃料的新打破。

在转化进程中，其含碳产品的产率高达92.6%，其间甲醇的挑选性为53.6%，到达世界领先水平。现在可以做到每吨矿渣吸收200公斤的二氧化碳，效果非常明显。相关研讨成果作为封面热门论文，在《德国应用化学》《动力与环境科学》等世界闻名期刊上宣布。

《德国应用化学》宣布文章

完结“人工树叶”幻想，方针“零排放”

二氧化碳转化的难度在于，其分子结构极端安稳，转化需求注入很高的能量，且二氧化碳转化的途径杂乱，转化后产品许多、纯度欠安。因而转化途径和催化剂的挑选极端重要。巩教授团队是怎么战胜这些困难的呢？

众所周知，植物的光合效果，是将二氧化碳转化成了各种含碳的有机物，特别是现代复合材料科技，都离不开有机高分子的奉献。一旦把二氧化碳转化为有机物，需求吸收许多的热量。这也不难理解，汽油焚烧释放出二氧化碳，整个进程会发作许多的热量。已然能量是守恒的，反过来，想让二氧化碳变成汽油这样的物质，天然就需求吸收许多的热量。

植物从太阳光中吸收热量，才干完结这一效果——已然植物可以使用太阳能，那么咱们是不是也可以借助于太阳光，完结“人工”的光合效果呢？

这个进程并非幻想中的这么简略。关于植物而言，叶绿体中发作的光合效果，其实是由许多物质一起参加完结的协同反响。叶绿素会吸收特定波长的太阳光，本身的电子随之移动，就像充电电池相同，将光能储存起来。与此一起，各类酶也在忙里忙外，它们有的担任转移二氧化碳，有的担任促进反响。

光合效果中反响方程式 图源/网络

可是这些程序要想让人类来完结，就需求找到高效的催化剂才干完结。这些高效催化剂，不只是可以吸收太阳能，更要可以使用这些能量，让二氧化碳发作特定的反响。简略说，便是需求可以控制原子，让它们像树叶相同，依照人类的志愿完结“光合效果”。

在研制进程中，巩金龙团队面临着来自美国和日本同行的剧烈竞赛。在这种压力和动力下，团队的科研人员每天都在和时刻赛跑。巩金龙回想说道：“尽管没细心计算过，可是不夸大地说，咱们进行了上万次试验，失利、总结、调整计划，然后再进行试验。那段时刻简直每天都这样循环往复循环地作业着。”

可喜的是，在巩教授团队上万次的试验之下，间隔奇观的呈现现已越来越近，二氧化碳变成有机物的转化率，高达90%以上。

人工树叶创目的 图源/网络

试想，若是有一天咱们种下一棵棵长满“人工树叶”的苍天大树，那么咱们亲手排放的那些二氧化碳，是否有或许又被咱们亲手收回呢？

给地球降温，这样的黑科技，值得咱们等待。

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