科学家研发出一种以阳光为动力的反应器，可以直接从空气中捕获二氧化碳并将其转化为可持续燃料。

与传统的碳捕获方法不同，该设备无需化石燃料能源，这将在应对气候危机方面发挥重要作用。该设备通过模仿光合作用产生合成气（燃料和药品的关键成分），并计划扩大规模以生产液体燃料。

利用阳光制造可持续燃料

剑桥大学的科学家们研发出一种太阳能反应堆，能够直接从空气中捕获二氧化碳，并利用阳光将其转化为可持续燃料。

这种创新的反应堆有可能为汽车和飞机生产燃料，以及生产重要的化学品和药品。它还可以为偏远地区或电网覆盖不到的地方提供可靠的能源。

与需要化石燃料能源并涉及二氧化碳运输和储存的传统碳捕获技术不同，该反应器省去了这些步骤。相反，它仅利用阳光就能直接将大气中的二氧化碳转化为有用产品。相关研究成果已于今日（2月13日）发表于《自然·能源》（Nature Energy）上。

传统碳储存的局限性

尽管碳捕获与封存（CCS）技术已被推崇为应对气候危机的解决方案，并获得了英国政府220亿英镑（约合270亿美元）的资金支持，但其能耗仍然极高。此外，尽管正在进行的研究正在评估这些风险，但人们对将加压二氧化碳长期封存在地下的安全性仍持续感到担忧。

“除了耗资巨大和能耗高之外，碳捕获与封存技术还为继续燃烧化石燃料提供了借口，而燃烧化石燃料正是气候危机产生的首要原因，”领导这项研究的埃尔温·赖斯纳教授说道。“此外，碳捕获与封存技术还不是一个循环过程，因为加压后的二氧化碳充其量只能被无限期地封存于地下，在那里它对任何人都没有用处。”

将有害气体转化为有用化学品

“如果我们不将二氧化碳注入地下，而是将其制成有用的东西会怎样？”文章第一作者、剑桥大学尤素福·哈米德化学系的萨扬·卡尔博士说。“二氧化碳是一种有害的温室气体，但它也可以被转化成有用的化学物质，而不会加剧全球变暖。”

赖斯纳（Reisner）研究小组的重点是开发能够将废物、水和空气转化为实用燃料和化学品的设备。这些设备的灵感来自光合作用：植物通过这一过程将阳光转化为食物。这些设备不需要使用任何外部能源：无需电线、无需电池——它们所需要的只是太阳能。

从空气到合成气：关键性突破

该团队最新研发的系统可从空气中直接捕获二氧化碳并将其转化为合成气，而合成气是生产多种化学品和药品的关键中间体。研究人员表示，他们研发的这种方法无需任何运输或存储环节，相比早期的太阳能装置更容易扩大规模。

该设备为太阳能流化床反应器，使用专用过滤器在夜间从空气中捕获二氧化碳，其工作原理类似于海绵吸水。日出时，阳光加热捕获的二氧化碳，吸收红外辐射，半导体粉末吸收紫外辐射，引发化学反应，将捕获的二氧化碳转化为太阳能合成气。反应器上的一面镜子将阳光聚焦，提高了反应效率。

迈向液体燃料及规模化解决方案

研究人员目前正在致力于将太阳能合成气转化为液体燃料，该燃料可用于为汽车、飞机等提供动力，同时不会向大气中增添更多二氧化碳。

卡尔表示：“如果我们大规模制造这些设备，就可以同时解决两个问题：从大气中去除二氧化碳，以及创造一种化石燃料的清洁替代品。二氧化碳被视为有害的废弃物，但同时也是一种机遇。”

没有化石燃料的未来？

研究人员表示，一个特别有前景的机会是在化工和制药行业，合成气可以在不加剧气候变化的情况下，转化为我们日常依赖的多种产品。他们正在建造更大规模的反应堆，并希望于春季开始测试。

研究人员表示，如果扩大规模，他们的反应堆可以分散使用，从理论上讲，个人也可以生产自己的燃料，这对偏远地区或电网覆盖范围以外的地区来说非常有用。

赖斯纳说：“我们不必继续挖掘和燃烧化石燃料来生产我们赖以生存的产品，我们可以直接从空气中获取所需的二氧化碳并重新利用它。如果我们有政治意愿，我们就能建立一个循环、可持续的经济体系。”

参考文献：《自然·能源》2025年2月13日刊，Sayan Kar、Dongseok Kim、Ariffin Bin Mohamad Annuar、Bidyut Bikash Sarma、Michael Stanton、Erwin Lam、Subhajit Bhattacharjee、Suvendu Karak、Heather F. Greer和Erwin Reisner所著的“用于流动中太阳能燃料生产的二氧化碳直接空气捕获”。DOI：10.1038/s41560-025-01714-y

该技术正在剑桥大学商业部门——剑桥企业公司的支持下实现商业化。本研究部分得到了英国研究与创新局 (UKRI)、欧洲研究理事会、英国皇家工程院和剑桥信托基金的支持。埃尔温·赖斯纳 (Erwin Reisner) 是剑桥大学圣约翰学院的研究员。