研究人员已经开发出一种有效的概念，将二氧化碳转化为清洁、可持续的燃料，没有任何不想要的副产品或废物。

来自剑桥大学的研究人员此前已经证明，生物催化剂或酶可以利用可再生能源清洁地生产燃料，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，证明了污染的碳排放可以有效地转化为绿色燃料，而不会浪费任何能源。该研究结果发表在《Nature Chemistry》和《proceedings of the National Academy of Sciences》的两篇相关论文上。

大多数将二氧化碳转化为燃料的方法也会产生有害的副产品，如氢。科学家们可以通过改变化学条件来减少氢的产生，但这也会降低二氧化碳的转化性能:因此可以生产更清洁的燃料，但代价是效率。

剑桥大学开发的这一概念的证明依赖于从细菌中分离出来的酶，为将二氧化碳转化为燃料的化学反应提供动力，这一过程被称为电解。酶比其他催化剂(如金)更有效，但它们对当地的化学环境高度敏感。如果当地环境不完全正确，酶就会分解，化学反应就会很慢。

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，已经开发出一种方法，通过微调溶液条件来改变当地酶的环境，从而提高电解效率。

来自剑桥大学尤素福·哈米德化学系的埃斯特·爱德华·摩尔博士是pNAS论文的第一作者，他说:“经过数百万年的进化，酶已经变得非常高效和有选择性，它们非常适合燃料生产，因为它们不会产生任何不想要的副产品。然而，酶的敏感性带来了一系列不同的挑战。我们的方法考虑到了这种敏感性，因此可以调整当地环境，以适应酶的理想工作条件。”

研究人员利用计算方法设计了一个改善二氧化碳电解的系统。使用以酶为基础的系统，燃料生产水平比目前的基准解决方案提高了18倍。

为了进一步改善当地的环境，研究小组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，反应速度加快，既提高了效率，又减少了不必要的副产物。

《Nature Chemistry》论文的第一作者萨姆·科布博士说:“我们最终得到了我们想要的燃料，没有副产品，只有边际能源损失，以最高效率生产清洁燃料。通过从生物学中获取灵感，它将帮助我们开发更好的合成催化剂系统，这是我们需要的，如果我们要大规模部署二氧化碳电解。”

“电解在减少碳排放方面发挥着重要作用，”领导这项研究的欧文·雷斯纳教授说。“我们展示了一种新的概念，以一种节能的方式捕获和储存碳，而不是捕捉和储存二氧化碳，这是难以置信的能源密集型。”

研究人员说，更高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，但它们仍低于用于这项工作的酶。

“一旦你设法制造出更好的催化剂，许多二氧化碳电解的问题就消失了，”科布说。“我们向科学界表明，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。”

爱德华兹·摩尔说:“一旦我们设计出这种概念，性能上的改善就令人吃惊。我担心我们会花数年时间试图理解在分子水平上发生了什么，但一旦我们真正认识到当地环境的影响，它发展得真的很快。”

科布说:“未来，我们希望利用我们所学到的知识来解决一些目前最先进的催化剂难以解决的挑战性问题，比如直接从空气中提取二氧化碳，因为在这种条件下，酶作为理想催化剂的性能才能真正发挥作用。”

Fast CO2 hydration kinetics impair heterogeneous but improve enzymatic CO2 reduction catalysis