據New Atlas報道，重現植物將陽光、水和二氧化碳轉化為能量的自然光合作用過程，是科學界長期追求的目標。這些系統通常被描述為 “人工樹葉”，可以在應對氣候變化方面發揮關鍵作用。一個工程師團隊剛剛加快了步伐，提出了一種解決方案，其捕獲二氧化碳的速度是現有技術的100倍。
多年來，我們已經研究了相當多的“人工樹葉”系統，它們利用陽光將水變成液體燃料和電力。一個有趣的例子是由伊利諾伊大學芝加哥分校（UIC）的工程師在2019年設計的系統。它有一個獨特的設計，創造者說它適合在現實世界中使用，而不像其他實驗室解決方案，只能用來自加壓罐的二氧化碳來工作。
該解決方案包括一個標準的人工光合作用裝置，它被包裹在一個充滿水的透明膠囊中，並有一個半滲透的外層。當陽光照射到該裝置時，水通過外層的孔隙蒸發，二氧化碳被吸入以取代它，裡面的裝置將其變成一氧化碳。這種一氧化碳又可以被捕獲並用於製造合成燃料。
通過對設計的一些關鍵調整，科學家們現在已將其性能提升到新的高度。該團隊使用廉價材料集成了帶電荷的膜，該膜充當水梯度，具有乾濕兩面。在乾的一側，一種有機溶劑附着在捕獲的二氧化碳上，並將其轉化為濃縮的碳酸氫鹽，在膜上堆積。
在濕的一側，一個帶正電的電極將碳酸氫鹽拉過膜，進入水溶液中，在那裡它又被轉化為二氧化碳，用於製造燃料或其他應用。改變電荷可以加快或減慢碳捕獲的速度，科學家發現在最佳狀態下，每四平方厘米的材料每小時可以捕獲3.3毫摩爾。
這種“通量率”被描述為非常高，比現有系統好100多倍。重要的是，為反應提供動力只需要微不足道的能量，每小時0.4千焦耳，比運行一個一瓦的LED燈泡所需的能量還要少。同樣令人印象深刻的是，該團隊表示，該系統可以以每噸145美元的價格捕獲二氧化碳，這符合能源部的指導方針，即這些技術的成本應在每噸200美元或以下。
UIC工程學院化學工程副教授、論文通訊作者Meenesh Singh說：“我們的人工樹葉系統可以部署在實驗室之外，由於它的高碳捕獲率、相對較低的成本和適度的能源，即使與最好的實驗室系統相比，它也有可能在減少大氣中的溫室氣體方面發揮重要作用。”
該設備小到可以裝在背包里，而且是模塊化的，這意味着多個單元有可能被堆疊在一起，以建立適合不同環境的設備。
“特別令人興奮的是，這種電滲析驅動的人工樹葉的實際應用具有高通量，表面積小，模塊化，”Singh說。“這意味着它有可能是可堆疊的，模塊可以增加或減少，以更完美地滿足需要，並在家庭和教室中負擔得起，而不僅僅是在盈利的工業組織中使用。一個家用加濕器大小的小模塊每天可以去除大於1公斤（2.2磅）的二氧化碳，而四個工業電滲析堆棧每小時可以從煙氣中捕獲大於300公斤（300磅）的二氧化碳。”
該研究發表在《能源與環境科學》雜誌上。