科学家研究打造地球之外的人工碳循环

科学家研究打造地球之外的人工碳循环例如，宇航员每天需要近一公斤的氧气来维持生命。因此，每年必须运输数吨氧气才能在地外建立空间站，从而增加了任务的成本和风险。预计在地外站点建立人工碳循环可以改变这种状况。在地球上，碳循环使碳原子从大气层（以二氧化碳和甲烷等气态碳化合物的形式存在）转移到地球（以糖、淀粉等形式存在），最后返回大气层，完成循环。这种生物地球化学循环的能量输入由太阳能提供，植物或其他生物吸收太阳能，通过光合作用将CO2和H2O转化为碳基化合物和氧气。鉴于目前的目标地外地点（即月球和火星）拥有充足的太阳光照射，并显示出丰富的二氧化碳和水储备，因此可采用这种光合作用策略在地外地点建立人工碳循环系统，为太空任务提供充足的推进剂和生命支持。随着在地外星球发现丰富的二氧化碳和水储备，有人提出也可以在地外星球实施光催化二氧化碳转化，建立人工碳循环系统，为太空任务提供推进剂和生命支持。人工光合作用：可持续的解决方案在此背景下，通过光催化二氧化碳转化进行人工光合作用，有望实现可持续循环。具体来说，这种策略可以模仿绿色植物光合作用的作用，有望在地球上重建目前因二氧化碳排放过量而中断的自然界碳循环。这种人工光合作用战略如果作为ISRU的一部分在地外站点成功实施，也可以在地外站点建立人工碳循环。迄今为止，通过光催化二氧化碳转化已成功生产出多种产品，如CO、CH4、CH3OH和HCHO。然而，光催化CO2的转化效率仍不能满足实际应用的需要。因此，开发具有优异光转化效率和产品选择性的光催化二氧化碳转化技术，不仅在地球上，而且在地外也有很大的应用前景。地外光催化的研究前景最近，中国科学技术大学熊玉杰教授领导的研究团队撰写了一篇关于地外光催化二氧化碳转化的评论，为光催化二氧化碳转化的发展及其在地球以外的应用提供了简明清晰的指导。他们首先概述了光催化二氧化碳转化的基本和一般原理。然后，他们总结了光催化技术在地外实施过程中可能遇到的问题。最后，对这一领域的发展进行了展望。相关成果发表在《中国催化学报》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382765.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382765.htm

剑桥科学家发明太阳能反应堆 可将塑料垃圾和二氧化碳转化为有用化学品

剑桥科学家发明太阳能反应堆可将塑料垃圾和二氧化碳转化为有用化学品就在六个月前，剑桥团队公布了他们的太阳能反应堆的一个版本。它由两个腔室组成，一个处理二氧化碳，另一个处理塑料垃圾，整个装置由钙钛矿太阳能电池供电。然而，该版本仅适用于来自钢瓶的浓缩二氧化碳，这可用作概念证明，但不一定适用于现实世界的设置。因此，对于新版本，该团队对其进行了调整，以处理烟气中的二氧化碳，甚至是环境空气中的二氧化碳。首先，空气被泵送通过碱性溶液，该溶液仅捕获二氧化碳，同时允许氧气和氮气等其他气体以气泡形式逸出。然后可以在另一个腔室的帮助下处理提纯的二氧化碳。“塑料成分是这个系统的一个重要技巧，”该研究的共同第一作者MotiarRahaman博士说。“从空气中捕获和使用二氧化碳会使化学反应变得更加困难。但是，如果我们将塑料废物添加到系统中，塑料就会向CO2提供电子。塑料分解为广泛用于化妆品行业的乙醇酸，二氧化碳转化为合成气，这是一种简单的燃料。”该团队表示，这项技术可以大大有助于解决这两种主要的环境危害，并最终有助于为实现无化石燃料的未来铺平道路。“我们不仅对脱碳感兴趣，而且对去化石化感兴趣——我们需要完全消除化石燃料，以创造真正的循环经济，”该研究的第一作者ErwinReisner教授说。“从中期来看，这项技术可以通过从工业中捕获碳并将其转化为有用的东西来帮助减少碳排放，但最终，我们需要将化石燃料完全排除在外，并从空气中捕获二氧化碳。”该研究发表在《焦耳》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1366585.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1366585.htm

科学家发现从工业排放中捕集碳的更好方法

科学家发现从工业排放中捕集碳的更好方法俄勒冈州立大学的研究人员发现，一种被称为金属有机框架（MOF）的具有成本效益的纳米材料，即使在潮湿的条件下也能有效去除工业排放物中的二氧化碳。这种新型MOF由铝和一种普通配位体组成，有望解决碳捕集过程中的一些难题，包括高成本和在潮湿环境中的有效性降低。图片来源：KyriakosStylianou提供，OSU科学学院。二氧化碳是一种温室气体，由燃烧化石燃料产生，是气候变暖的主要原因之一。Stylianou指出，过滤空气中碳的设施开始在全球兴起--世界上最大的过滤设施将于2021年在冰岛投入使用--但它们还不足以对全球的排放问题产生重大影响。冰岛发电厂一年的二氧化碳排放量相当于大约800辆汽车的年排放量。不过，在工厂等进入大气层的地方减缓二氧化碳排放的技术相对来说已经发展得很成熟。其中一项技术涉及被称为金属有机框架（MOFs）的纳米材料，这种材料可以在烟气通过烟囱时通过吸附作用拦截二氧化碳分子。化学助理教授Stylianou说："二氧化碳的捕获对于实现净零排放目标至关重要。由于多孔性和结构的多样性，MOFs在碳捕集方面展现出了广阔的前景，但合成MOFs通常意味着要使用重金属盐和有毒溶剂等在经济和环境方面都很昂贵的试剂。"他说，此外，处理烟囱气体中的水份也使二氧化碳的去除变得非常复杂。许多已显示出碳捕集潜力的MOF在潮湿条件下失去了功效。烟道气可以进行干燥处理，但这会大大增加二氧化碳去除过程的成本，足以使其在工业应用中失去可行性。因此，我们试图利用MOF来解决目前用于碳捕集的材料的各种局限性：成本高、对二氧化碳的选择性差、在潮湿条件下稳定性低以及二氧化碳吸收能力低。MOFs是一种结晶多孔材料，由带正电荷的金属离子和被称为配体的有机"连接"分子组成。金属离子形成节点，与连接体的臂结合在一起，形成类似笼子的重复结构；该结构具有纳米级孔隙，可以吸附气体，类似于海绵。MOF可由多种成分设计而成，这些成分决定了MOF的特性。化学研究人员已经合成了近10万种MOF，并对另外50万种MOF的特性进行了预测。"在这项研究中，我们引入了一种由铝和一种容易获得的配体（苯-1,2,4,5-四羧酸）组成的MOF，"Stylianou说。"MOF在水中合成，只需几个小时。MOF具有与二氧化碳分子大小相当的孔隙，这意味着有一个密闭的空间可以囚禁二氧化碳。MOF在潮湿的条件下也能很好地工作，而且更喜欢二氧化碳而不是氮气，这一点非常重要，因为氮氧化物是烟道气的一种成分。如果没有这种选择性，MOF就有可能与错误的分子结合。"这种MOF是湿法燃烧后碳捕集应用的理想候选材料，它成本低廉，分离性能优异，可以再生和重复使用至少三次，且吸收能力相当。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1377049.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1377049.htm

科学家展示可直接从空气中提取二氧化碳的新型碳捕集方法

科学家展示可直接从空气中提取二氧化碳的新型碳捕集方法随着全球社会逐步实现工业生产的去碳化，不仅要防止大气中产生新的碳，还要提取已经存在的二氧化碳。传统的碳捕集侧重于在重碳工艺中从排放点收集二氧化碳，而"直接空气捕集"（DAC）则是在一般大气条件下提取碳。这种方法在应对气候变化的斗争中变得越来越重要，特别是随着我们对化石燃料依赖的减少，从源头捕集碳的必要性也在降低。利用湿度技术，科学家们发现了几种有助于低能耗碳封存的新离子。美国西北大学的最新研究展示了一种从周围环境条件中捕捉碳的新方法，该方法研究了系统中水和二氧化碳之间的关系，为"湿度摆动"技术提供了参考，该技术在低湿度时捕捉二氧化碳，在高湿度时释放二氧化碳。这种方法结合了创新的动力学方法和多种离子，几乎可以从任何地方去除碳。这项研究最近发表在《环境科学与技术》杂志上。该研究的资深作者、西北大学的VinayakP.Dravid说："我们不仅扩大和优化了碳捕集离子的选择，还有助于揭示复杂的流体-表面相互作用的基本原理。这项工作推进了我们对DAC的集体理解，我们的数据和分析为理论家和实验家进一步改进实际条件下的碳捕集提供了强大的动力。"德拉维德是西北大学麦考密克工程学院材料科学与工程系亚伯拉罕-哈里斯教授，也是国际纳米技术研究所全球倡议主任。博士生约翰-赫加蒂（JohnHegarty）和本杰明-辛德尔（BenjaminShindel）是论文的共同第一作者。辛德尔说，论文背后的想法来自于利用环境条件促进反应的愿望。"我们喜欢湿摆式碳捕集，因为它没有明确的能源成本，尽管对一定量的空气进行加湿需要一定的能量，但理想情况下，你可以'免费'获得湿度，在能量上可以依靠一个天然的干湿空气库相邻的环境"。新离子促进了碳捕获。资料来源：德拉维德实验室/西北大学该研究小组还扩大了用于使反应成为可能的离子数量。约翰-赫加蒂说："我们不仅将能够实现理想的湿度碳捕获的离子数量增加了一倍，而且还发现了迄今为止性能最高的系统。"近年来，湿度摆动捕集技术已经开始兴起。传统的碳捕集方法使用吸附剂在源点位置捕集二氧化碳，然后利用热量或产生的真空将二氧化碳从吸附剂中释放出来。这种方法的能源成本很高。传统的碳捕集方法会紧紧抓住二氧化碳，这意味着需要大量能源才能将其释放并重新利用。这种方法也不是在所有地方都适用。例如，农业、混凝土和钢铁制造商是主要的排放源，但它们的占地面积很大，因此不可能从单一来源捕集碳。较富裕的国家应努力将排放量降到零以下，而更依赖碳经济的发展中国家则应减少二氧化碳的生产。另一位资深作者、化学教授奥马尔-法尔哈（OmarFarha）在探索金属氧化物框架（MOF）结构在二氧化碳捕集和封存等多种应用中的作用方面拥有丰富的经验。"DAC是一个复杂的多方面问题，需要跨学科的方法，"Farha说。"我对这项工作的欣赏之处在于对复杂参数进行了详细而仔细的测量。任何提议的机制都必须解释这些错综复杂的观测结果。"过去的研究人员一直专注于碳酸根离子和磷酸根离子来促进水分摆动捕获，并对这些特定离子有效的原因提出了具体的假设。但德拉维德的研究小组希望测试更广泛的离子，观察哪些离子最有效。总的来说，他们发现价态最高的离子--主要是磷酸盐最有效，于是他们开始寻找多价离子，排除了一些离子，并找到了对这种应用有效的新离子，包括硅酸盐和硼酸盐。研究小组相信，未来的实验加上计算建模将有助于更好地解释为什么某些离子比其他离子更有效。目前已经有公司致力于将直接空气碳捕集商业化，利用碳信用额激励公司抵消排放。许多公司捕捉的是通过改变农业生产方式等活动已经捕捉到的碳，而这种方法可以明确地直接从大气中封存二氧化碳，然后将其浓缩并最终储存或再利用。德拉维德的团队计划将这种二氧化碳捕集材料与他们早先开发的多孔海绵平台结合起来，以清除包括石油、磷酸盐和微塑料在内的环境毒素。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388409.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388409.htm

我国科学家用废旧电池将二氧化碳转化为燃料

我国科学家用废旧电池将二氧化碳转化为燃料2月1日，记者从华中科技大学获悉，该校化学与化工学院夏宝玉教授团队利用回收的废旧电池，将二氧化碳转化为具有高经济价值的甲酸。“这项技术的经济价值十分可观。”夏宝玉说，团队设计的二氧化碳电解反应器能在高效稳定运行的基础上实现面积与产量40倍放大。按照当前市场成本估计，每电解产生1吨甲酸，就将获得244美元盈利，并有望实现工业化应用。相关研究成果日前发表于《自然》杂志。（科技日报）

科学家在蓝藻中发现了一种新的酶功能 有望催生更好的碳捕捉作物

科学家在蓝藻中发现了一种新的酶功能有望催生更好的碳捕捉作物5月10日发表在《科学进展》（ScienceAdvances）杂志上的这项研究展示了一种名为羧基体碳酸酐酶（CsoSCA）的酶以前未知的功能，这种酶存在于蓝藻（又称蓝绿藻）中，能最大限度地提高微生物从大气中提取二氧化碳的能力。蓝藻因其在湖泊和河流中的有毒繁殖而广为人知。但这些蓝绿色的细菌分布广泛，也生活在世界的海洋中。虽然它们会对环境造成危害，但研究人员将它们形容为"微小的碳超级英雄"。通过光合作用，它们每年在捕捉全球约12%的二氧化碳方面发挥着重要作用。蓝细菌是一组光合细菌，通常被称为"蓝藻"，尽管它们是原核生物而不是真正的藻类。从海洋、淡水到裸岩，这些生物广泛存在于各种水生和陆地环境中。蓝藻以其进行含氧光合作用的能力而闻名，这意味着它们会产生氧气作为副产品，与植物类似。这一过程对地球上的生命至关重要，因为它为大气中氧气的产生做出了重要贡献。第一作者、澳大利亚国立大学博士研究员萨沙-普尔斯福德（SachaPulsford）介绍了这些微生物捕获碳的惊人效率。Pulsford女士说："与植物不同，蓝藻有一个称为二氧化碳浓缩机制（CCM）的系统，它能固定大气中的碳并将其转化为糖，其速度明显快于标准植物和农作物物种。"CCM的核心是被称为羧基体的大型蛋白质区。这些结构负责封存二氧化碳，容纳CsoSCA和另一种叫做Rubisco的酶。CsoSCA和Rubisco两种酶协同工作，显示出CCM的高效特性。CsoSCA的作用是在羧基体内产生局部高浓度的二氧化碳，然后Rubisco可以吞噬这些二氧化碳，并将其转化为糖分供细胞食用。论文的主要作者、英国国立大学的本-朗博士说："到目前为止，科学家们还不清楚CsoSCA酶是如何受控的。我们的研究重点是揭开这个谜团，尤其是在遍布全球的一个主要蓝藻群中。我们的发现完全出乎意料。CsoSCA酶随着另一种名为RuBP的分子的旋律起舞，RuBP像开关一样激活了它。把光合作用想象成做三明治。空气中的二氧化碳是馅料，但光合作用细胞需要提供面包。这就是RuBP。""就像做三明治需要面包一样，二氧化碳转化为糖的速度取决于RuBP的供应速度。CsoSCA酶向Rubisco提供二氧化碳的速度取决于RuBP的含量。当RuBP足够多时，酶就会开启。但是，如果细胞中的RuBP用完了，酶就会关闭，从而使系统高度调整和高效。令人惊讶的是，CsoSCA酶一直蕴藏在大自然的蓝图中，等待着被发现"。科学家们说，工程作物在捕获和利用二氧化碳方面的效率更高，这将大大提高作物产量，同时减少对氮肥和灌溉系统的需求，从而极大地促进农业发展，它还可以确保世界粮食系统更能适应气候变化。Pulsford女士说："了解CCM的工作原理不仅能丰富我们对地球生物地球化学基本自然过程的认识，还能指导我们为世界面临的一些最大的环境挑战制定可持续的解决方案。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430609.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430609.htm