在绿色制造领域，一项具有里程碑意义的突破引发广泛关注。海洋作为地球上最大的动态碳汇，每年通过与大气的持续交换吸收4亿吨二氧化碳(CO₂)。如今，耶鲁大学研究人员成功开发出一种高效系统，可将海水中的溶解二氧化碳转化为清洁燃料和有用的工业原料，为绿色能源发展开辟新路径。

这一突破性成果发表在《自然通讯》上。该系统由耶鲁大学化学与环境工程系教授、耶鲁大学能源科学研究所成员胡舒领导团队研发，被胡舒教授描述为“太阳能驱动、基于海洋的碳捕获和转化系统”，简单来说就是“利用阳光制造燃料”。

此前，利用太阳能将海水中溶解的碳转化为有用产品面临诸多挑战。海水中碳酸根离子浓度极低，难以同时实现高能源效率和选择性产品形成;且现有反应堆仅限于实验室规模实验，缺乏能连续、大规模运行的反应堆设计。

胡舒团队凭借在光催化设计以及利用光进行化学转化的反应器方面的专业知识，开发出新型光电化学装置。该装置仅利用阳光，就能将海水中的溶解碳(主要是碳酸氢盐)转化为合成气——一种由一氧化碳(CO)和氢气组成的用途广泛的化合物，它是生产高价值工业化学品和燃料的关键组成部分。此过程模拟海洋生态系统中的光合作用，太阳能转化为燃料的效率达到0.71%，与海藻的碳转化效率相似。

更令人惊喜的是，团队发现反应器内的流场对反应选择性影响显著。在静态海水中，产物中二氧化碳含量仅为3%;而在反应器内部受控的流动条件下，二氧化碳比例飙升至21%。研究合著者、胡舒实验室研究生石翔形象地比喻：“它就像一场完美同步的接力赛，阳极将质子和二氧化碳传递到阴极，阴极完成转化，高效推动整个反应。”团队通过设计反应器，让水流先流经阳极，水被氧化释放质子，质子随水流引发一系列反应，将碳酸氢盐转化为溶解二氧化碳，再输送到下游阴极还原，从而调节到达电极表面的通量，成功去除海水中的二氧化碳并利用阳光获取燃料。

目前，研究人员计划进一步完善该系统技术，将其升级为大型工业级反应堆。模块化反应堆设计可使流动池组装成平方米级的浮动阵列，这些浮力反应堆借助自然潮汐运动和洋流，让海水在系统中被动循环。当海水流过反应堆，在阳光下不断将溶解的二氧化碳转化为合成气，这些合成气可收集运输到工业设施，用于化学合成或燃料生产。胡舒教授表示：“我们希望在海上建造大型浮动反应堆，直接利用阳光和海水生产太阳能燃料。”

这一创新成果不仅为海水中的二氧化碳提供了可持续的转化途径，有助于平衡海洋二氧化碳水平，还为绿色制造领域提供了新的清洁能源解决方案，有望推动全球能源结构向更加清洁、可持续的方向转型。

更多信息： Bin Liu 等，《太阳能驱动的毫摩尔溶解碳选择性转化为燃料并产生分子通量》，《自然通讯》 (2025)。