科学家们提出了一种有效的概念来转化二氧化碳(CO2)变成清洁、可持续的燃料，没有任何废物或不良副产品。剑桥大学科学家们早些时候已经证明，生物催化剂或酶可以利用可再生能源清洁地制造燃料，但效率很低。
计算机生成的酶图像。图片来源:Esther edwards Moore。
他们最近的研究在实验室场景下将燃料生产效率提高了18倍，表明污染碳排放可以有效地转化为绿色燃料，而不会浪费能源。结果在两篇相关的文章中被报道化学性质而且美国国家科学院院刊．
大多数的方法为转弯CO2进入燃料还会产生不受欢迎的副产品，如氢。研究人员可以改变化学条件来减少氢的形成，但这也降低了CO的性能2转换:因此可以制造更清洁的燃料，但要牺牲效率。
剑桥大学开发的概念证明依赖于源自细菌的酶来驱动转化CO的化学反应2转化为燃料，这一过程被称为电解。酶比其他催化剂(如金)更有效，但它们对周围的化学环境极其敏感。如果局部环境不完全正确，酶就会分解，化学反应就会迟缓。
剑桥大学的科学家们与葡萄牙新里斯本大学的一个团队合作，制定了一种技术，通过调整溶液条件来改变酶的局部环境，从而提高电解的效率。
酶经过数百万年的进化，已经变得非常高效和有选择性，而且它们非常适合生产燃料，因为没有任何不必要的副产品。然而，酶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，因此可以调整局部环境以匹配酶的理想工作条件。
埃斯特·爱德华·摩尔博士，剑桥大学优素福·哈米德化学系PNAS论文第一作者
科学家们使用计算方法设计了一个系统来增强CO的电解2．采用基于酶的系统，与现有的基准解决方案相比，燃料产量提高了18倍。
为了进一步改善当地环境，科学家们演示了两种酶如何结合在一起，一种产生燃料，另一种调节环境。他们发现，加入另一种酶，加速了反应，既提高了效率，又减少了不良副产品。
“我们最终得到了我们想要的燃料，没有副产品，只有边际的能源损失，以最高效率生产清洁燃料。”《自然化学》这篇论文的第一作者萨姆·科布博士说。“通过从生物学中获得灵感，它将帮助我们开发更好的合成催化剂系统，这是我们部署CO所需要的2大规模电解。”
电解在减少碳排放方面发挥着重要作用。而不是捕获和存储CO2我们展示了一种新概念，可以捕捉碳，并以节能的方式利用它。
Erwin Reisner教授，剑桥大学圣约翰学院研究负责人和研究员
科学家们指出，更有资源的CO的秘密2电解取决于催化剂。在过去的几年里，合成催化剂的创造有了重大的改进，但它们仍然落后于本研究中使用的酶。
“一旦你设法制造出更好的催化剂，CO的许多问题就迎刃之解了2电解就消失了。”科布说。“我们正在向科学界展示，一旦我们能够生产出未来的催化剂，我们就能够消除目前所做的许多妥协，因为我们从酶中学到的东西可以转移到合成催化剂上。”
一旦我们设计了这个概念，性能的提高是惊人的。我担心我们会花数年时间试图了解分子水平上发生了什么，但一旦我们真正意识到当地环境的影响，它就会迅速进化。
埃斯特·爱德华·摩尔博士，剑桥大学优素福·哈米德化学系PNAS论文第一作者
“在未来，我们希望利用我们所学到的知识来解决目前最先进的催化剂难以解决的一些具有挑战性的问题，例如使用CO2直接从空气中提取，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。”科布说。
Erwin Reisner是剑桥大学圣约翰学院的研究员。埃丝特·爱德华兹·摩尔在剑桥大学圣体学院完成博士学位。Sam Cobb是剑桥达尔文学院的研究员。
这项研究得到了欧洲研究委员会、Leverhulme信托基金以及工程和物理科学研究委员会的部分支持。
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来源:https://www.cam.ac.uk