将碳排放转化为甲烷燃料：新方法有望大幅节约能源

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化学家们已经开发出一种捕获二氧化碳并将其转化为甲烷的新方法，这意味着未来的气体排放可以利用可再生能源产生的电力转化为替代燃料。
二氧化碳 (CO 2 ) 是一种温室气体，是造成地球气候变暖的主要原因，由发电厂、工厂和各种交通工具产生。典型的碳捕获系统旨在减少大气中的二氧化碳，通过将二氧化碳与其他气体分离并将其转化为有用产品来降低二氧化碳排放量。然而，由于这些系统的运行需要大量能源，这一过程很难在工业规模上实施。
这项研究的主要作者、现任俄亥俄州立大学化学和生物化学博士后研究员托马兹·内维斯-加西亚 (Tomaz Neves-Garcia) 说，现在，研究人员使用一种特殊的镍基催化剂，找到了一种方法，通过将捕获的二氧化碳直接转化为甲烷，可以节省大量宝贵的能源。
通过在带电表面上布置镍原子，该团队能够将捕获的二氧化碳形式氨基甲酸酯直接转化为甲烷。他们发现，镍原子这种廉价且广泛使用的催化剂非常适合进行这种转化。
该论文最近发表在《美国化学会志》上。
“我们从一个低能量的分子开始，生产出一种高能量的燃料，”内维斯-加西亚说。“这件事之所以如此有趣，是因为其他人分步捕获、回收并转化二氧化碳，而我们通过同时进行这些步骤来节省能源。”
最重要的是，简化碳捕获过程有助于重新定义科学家对碳循环的认识，也是制定更复杂战略以实现更快、更有效的气候缓解技术的重要一步。
“我们需要集中精力，尽可能减少碳捕获和转化所消耗的能源，”内维斯-加西亚说道。“因此，我们不必单独执行所有捕获和转化步骤，而是可以将它们合并为一个步骤，从而绕过浪费能源的过程。”
内维斯-加西亚表示，尽管许多碳捕获方法仍处于早期阶段，各个领域的研究人员都在努力改进它们，但这个领域前景广阔。
利用可再生电力将二氧化碳转化为燃料，有可能实现碳循环的闭环。例如，当甲烷燃烧产生能量时，会排放二氧化碳，如果捕获二氧化碳并将其转化回甲烷，则可以实现持续的能量生产循环，而不会增加地球的全球变暖负担。
这项研究还代表研究人员首次发现他们可以利用电化学方法将氨基甲酸酯转化为甲烷。尽管人们已经进行了许多尝试将捕获的二氧化碳转化为有用的产品，但到目前为止，大多数研究人员只展示了生产一氧化碳的能力。
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他说：“甲烷可能是一种非常有趣的产品，但最重要的是，这为开发更多将捕获的二氧化碳转化为其他产品的工艺开辟了道路。”
展望未来，该团队希望继续探索其他化学清洁能源替代品，以帮助激发创建各种可持续的碳捕获路线。
内维斯-加西亚表示：“一切最终都会回归到能源，人们对该油田的未来投入了大量精力和努力，以节省更多的能源。”
其他合著者包括俄亥俄州立大学的朱全松和 L. Robert Baker、圣保罗大学的 Liane M. Rossi、凯斯西储大学的 Mahmudul Hasan 和 Robert E. Warburton、耶鲁大学的李静和王海良，以及南方科技大学的蒋展和梁永业。