当前，捕获和释放碳的方法存在成本高、耗能大等问题，且常需使用化石燃料，反而加剧了环境负担。近日，康奈尔大学研究人员从植物中获取灵感，开发出一种新型化学方法，利用阳光为碳捕获提供动力，有望大幅改善现有碳捕获方法。

相关研究成果发表于《化学》杂志。研究团队通过模仿植物储存碳的机制，利用阳光制造出一种稳定的烯醇分子，该分子活性足以“抓住”碳，从而从工业来源中分离二氧化碳。同时，他们还借助阳光驱动额外反应，实现二氧化碳的释放以供储存或再利用。这一系统是首个用于碳捕获和释放的光动力分离系统，2023届硕士研究生Bayu Ahmad为本文第一作者。

资深作者、文理学院化学与化学生物学副教授菲利普·米尔纳表示，从化学角度看，此研究与碳捕获领域其他工作截然不同。整个机制是Bayu Ahmad最初提出的，米尔纳起初并不看好，但实验结果证明其完全有效。

米尔纳指出，二氧化碳因惰性而难以捕获，此前研究人员和业界将目光投向胺类化合物，这类含氮有机化合物可选择性与二氧化碳反应并提取。然而，胺类化合物在氧气存在下不稳定且无法持续存在，生产它们需耗费大量能源。

“从一开始，我们实验室就在思考如何运用化学家的直觉，找到二氧化碳捕获的替代途径，我们的座右铭是‘除了胺什么都行’。”米尔纳说。此次碳捕获反应采用的机制与光合作用中核酮糖苷酶(RuBisCo)用于植物固碳的机制相同。为释放碳，研究人员通过改变pH值使其脱羧。他们采用廉价的吸附剂2 - 甲基二苯甲酮，发现新系统的碳捕获率等于或优于其他光驱动技术，且无需在释放和捕获步骤之间额外冷却，这是其他碳捕获和释放方法的主要限制之一。

研究人员使用康奈尔大学热电联产大楼(一座燃烧天然气的校园发电厂)的烟道样本测试该系统，成功分离出二氧化碳。米尔纳称，这一成果意义重大，因为许多在实验室中表现良好的碳捕获方法，面对含有微量污染物的真实样品时往往会失效。

米尔纳及其团队设想在类似太阳能电池板的装置上进行该反应，不过该装置用于捕获碳而非发电。作为康奈尔大学阿特金森可持续发展中心首届塞姆利茨家族可持续发展研究员，Bayu Ahmad正与康奈尔大学约翰逊商学院的合作伙伴合作，探索商业化应用。

米尔纳表示，团队希望实现从空气中去除二氧化碳的目标，他认为这是最实用的方式。比如，可在沙漠安装一些面板吸收空气中的二氧化碳，将其转化为纯净的高压二氧化碳，再输送到管道中或在现场转化为其他物质。

此外，米尔纳的实验室还在探索将光能系统应用于其他气体，因为气体分离驱动了全球15%的能源使用。米尔纳认为，利用光而非电力驱动这些分离，有望大幅降低能源消耗。

米尔纳致力于将康奈尔大学热电联产大楼的烟道样本提供给校内及其他地方研究碳捕获的研究人员和初创企业。他提到，从工业领域获取真实烟气困难重重，因为企业不愿公开发电厂排放信息，而康奈尔大学可提供这一独特服务，预计明年能够投入运营。

更多信息：Bayu IZ Ahmad 等人，《一种完全光驱动的二氧化碳从排放流中分离的方法》，《化学》(2025 年)。