财联社（上海，编辑 黄君芝）讯，重现植物将阳光、水和二氧化碳转化为能量的自然光合作用过程，是科学界长期追求的目标。这些系统通常被称为“人工树叶”，可以在对抗气候变化中发挥关键作用。美国一个研究团队刚刚取得了阶段性成果，其解决方案捕获二氧化碳的速度是当前技术的100倍。

多年来，科学家们已经研究了相当多的“人工树叶”系统，它们利用阳光将水转化为液体燃料和电力。一个有趣的例子是由伊利诺伊大学芝加哥分校（UIC）的工程师在2019年设计的系统。它有一个独特的设计，据称适合在现实世界中使用，而不像其他实验室解决方案只能利用来自加压罐的二氧化碳。

据悉，该解决方案包括一个标准的人工光合作用装置，它被包裹在一个充满水的透明胶囊中，并有一个半渗透的外层。当阳光照射到该装置时，水通过外层的孔隙蒸发，二氧化碳被吸入以取代它，里面的装置将其变成一氧化碳。这种一氧化碳反过来又可以被捕获并用于制造合成燃料。

通过一些关键的设计调整，科学家们现在把它的性能提高到新的高度。该团队使用廉价的材料集成了一个带电膜，该膜充具有干湿两面。在干的一侧，一种有机溶剂附着在捕获的二氧化碳上，并将其转化为浓缩的碳酸氢盐，在膜上堆积。

而在湿的一面，有一个带正电的电极，然后把碳酸氢盐拉过薄膜，进入水溶液中，在那里，碳酸氢盐又被转化成二氧化碳，用于制造燃料或其他用途。改变电荷可以加快或减缓碳捕捉的速度，科学家发现，在最佳状态下，每4平方厘米的材料每小时可以捕捉3.3毫摩尔的碳。

这种“捕获率”被描述为非常高，比现有系统好100多倍。重要的是，为这种反应提供的动力只需要微不足道的能量，每小时0.4千焦耳，比运行一个一瓦的LED灯泡所需的能量还要少。同样令人印象深刻的是，该团队表示，该系统可以以每吨145美元的价格捕获二氧化碳，这符合； 能源部的指导方针，即这些技术的成本应在每吨200美元或以下。

“我们的人工叶子系统可以部署在实验室之外，它有潜力在减少大气中的温室气体方面发挥重要作用，这得益于它的高碳捕获率、相对较低的成本和中等的能源消耗，即使与最好的基于实验室的系统相比，”UIC工程学院化学工程助理教授、这篇论文的通讯作者Meenesh Singh说。

据了解，该设备小到可以装在背包里，而且是模块化的，这意味着多个单元有可能被堆叠在一起，以建立适合不同环境的设备。这项研究成果已于近期发表在了《能源与环境科学》杂志上。

Singh说，“特别令人兴奋的是，这种电渗析驱动的人工树叶的实际应用，具有高通量、表面积小、模块化的特性。这意味着它有可能是可堆叠的，模块可以增加或减少，以更完美地满足需要，在家庭和教室等多个场景中的成本可以负担得起，而不仅仅限于工业化场景。”

“一个家用加湿器大小的小模块每天可以去除大于1公斤（2.2磅）的二氧化碳，而四个工业电渗析堆栈每小时可以捕获大于300公斤（300磅）的二氧化碳。”他补充说。