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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