给生活加点“酶”，可以将二氧化碳转化为清洁燃料的效率提高18倍

研究人员已经开发出一种有效的概念，可以将二氧化碳转化为清洁、可持续的燃料，而不产生任何不必要的副产品或废物。

剑桥大学的研究人员先前已经表明，生物催化剂或酶可以用可再生能源清洁燃料，但效率很低。

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，表明污染性碳排放可以高效地转化为绿色燃料，而不会浪费任何能源。研究结果发表在《自然化学》和《美国国家科学院院刊》上的两篇相关论文中。

大多数将二氧化碳转化为燃料的方法也会产生不需要的副产品，如氢气。科学家可以改变化学条件，以尽量减少氢气的产生，但这也会降低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证明依赖于从细菌中分离出来的酶来驱动将二氧化碳转化为燃料的化学反应，这一过程被称为电解。酶比金等其他催化剂效率更高，但它们对当地的化学环境高度敏感。如果当地环境不太好，酶就会分解，化学反应也会很慢。

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，开发了一种方法，通过微调溶液条件来改变酶的局部环境，从而提高电解效率。

来自剑桥大学优素福·哈米德化学系的埃丝特·爱德华·摩尔博士（Esther Edwardes Moore）是PNAS论文的第一作者，他说：“酶经过数百万年的进化，具有极高的效率和选择性，它们对于燃料生产非常重要，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。我们的方法考虑了这种敏感性，因此可以调整当地环境以匹配酶的理想工作条件。”

研究人员使用计算方法设计了一个系统来改善二氧化碳的电解。使用基于酶的系统，燃料产量比目前的基准解决方案提高了18倍。

为了进一步改善当地环境，该团队展示了两种酶如何协同工作，一种产生燃料，另一种控制环境。他们发现，通过添加另一种酶，它加快了反应，既提高了效率，又减少了不必要的副产物。

《自然化学》论文的第一作者萨姆·科布博士说：“我们最终只得到了我们想要的燃料，没有副产品，只有边际的能量损失，以最高的效率生产出清洁燃料。通过从生物学中汲取灵感，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，这正是我们所需要的。”

电解在减少碳排放方面发挥着重要作用，我们展示了一种新的概念来捕获碳，并以节能的方式利用碳来制造有用的东西，而不是捕获和存储能源密集型得难以置信的二氧化碳。

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，合成催化剂的发展有了很大的进步，但它们仍然低于这项工作中使用的酶。

科布说：“一旦你设法制造出更好的催化剂，二氧化碳电解的许多问题就会消失。我们向科学界展示，一旦我们能够生产出未来的催化剂，我们将能够消除目前正在做出的许多妥协，因为我们从酶中学到的东西可以转化为合成催化剂。”

在未来，我们希望利用我们所学到的知识来解决当前最先进的催化剂所面临的一些挑战性问题，例如直接从空气中使用二氧化碳，因为在这些条件下，酶作为理想催化剂的特性可以真正发挥作用。