辛辛那提大学化学工程专业的学生张天宇拿着一瓶石墨烯，它被用作催化剂，将二氧化碳转化为甲烷。图片来源：Andrew Higley / UC Creative
辛辛那提大学的工程师正在开发将温室气体转化为燃料以应对气候变化并将宇航员从火星带回家的新方法。
加州大学应用科学大学助理教授吴敬杰和他的学生在反应器中使用碳催化剂将二氧化碳转化为甲烷。国际空间站从宇航员呼吸产生的空气中去除二氧化碳。火箭燃料使空间站保持在高轨道。
但吴认为更大。
火星上的大气几乎完全由二氧化碳组成。宇航员可以节省一半的燃料吴说，当他们到达这颗红色星球时，他们必须通过在这颗红色星球上制造他们需要的东西回家。
“这就像火星上的加油站。通过这个反应堆，你可以轻松地泵送二氧化碳来生产用于火箭的甲烷，”吴说。
加州大学的研究发表在《自然通讯》杂志上，与莱斯大学、上海大学和华东科技大学的合作者合作。
吴从研究电动汽车中的燃料电池开始了他的化学工程生涯，但大约 10 年前，他开始在他的化学工程实验室研究二氧化碳转化。
实验反应器使用石墨烯量子点作为催化剂将二氧化碳转化为甲烷。图片来源：Andrew Higley / UC Creative
“我注意到温室气体许多国家已经认识到二氧化碳是我们社会可持续发展的主要问题。这就是为什么我认为我们需要实现碳中和。“
拜登政府制定了到2030年将温室气体污染物减少50%，实现经济依赖经济的目标。到 2050 年可再生能源。
“这意味着我们需要回收二氧化碳，”吴说。
吴和他的学生，包括第一作者和加州大学博士生张天宇，已经使用了各种催化剂，例如石墨烯量子点(一层只有纳米大小的碳)，可以提高甲烷产量。我正在试验。
吴说，这个过程可以帮助缓解气候变化。然而，它在生产燃料作为副产品方面也具有很大的商业优势。
“这个过程的生产力是 10 年前的 100 倍，所以我们可以想象进展会更快，”吴说。“在接下来的十年中，将会有许多初创企业将这种方法商业化。”
吴同学使用各种催化剂生产乙烯和甲烷。乙烯是世界上最重要的化学品，用于制造塑料、橡胶、合成服装和其他产品。
“绿色能源非常重要。未来这将是一个巨大的市场，所以我想在这方面努力，”张说。
吴说，从二氧化碳中合成燃料，与太阳能和风能等可再生能源相结合，使其更具商业可行性。
“现在我们有多余的绿色能源可以扔掉，我们可以将这些多余的可再生能源储存在化学品中，”他说。
该过程可扩展用于可产生大量二氧化碳的发电厂。它也很有效，因为它可以在产生过量二氧化碳的地方进行转化。
吴说，二氧化碳燃料生产的进步将使人类更有信心在他有生之年踏上火星。
“现在，如果你想从火星回来，你必须携带两倍的燃料，这非常重，”他说。“而且在未来，我们将需要其他燃料，因此我们可以从中生产甲醇。二氧化碳然后用它们生产其他下游材料。那么你也许有一天可以生活在火星上。”
