之前，我国科学家在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成，那么，二氧化碳除了可以“变”淀粉还能“变”其他东西吗？科研人员给出了新的解答！华中科技大学表示，该校光电信息学院庞元杰教授团队历时4年，以二氧化碳为原料高效制备醋酸，揭开了“零碳”制造梦想的一角，研究成果的多项指标上打破了世界纪录，这也意味着以后二氧化碳能制衣服，香水甚至做乐高玩具了。

一、问什么说制出醋酸就能制衣服？

为什么是醋酸？

纱线要先织成布，之后才能做成衣服。二氧化碳也需要先转化为制衣原料，至于要将二氧化碳转化为哪种原料？研究人员将目光瞄准了酸酸。

醋酸，又名乙酸，是一种重要的有机化工原料，制造化纤衣物、香水香氛、塑料加工品等都需要大量使用醋酸这一原料。

二、醋酸的“零碳”制造

“传统方法生产醋酸通常是采用化学合成或淀粉发酵法，用这些方法，每生产1千克醋酸会排放约1.6千克二氧化碳。”庞元杰介绍，我国作为全世界第一大醋酸生产国，醋酸年产量超过800万吨，给生态环境造成巨大压力。为此，团队致力于“零碳”制造，不仅让生产醋酸的过程中不产生二氧化碳，还能够消耗二氧化碳制备醋酸，为实现“双碳”目标贡献科技力量。

庞元杰教授团队以醋酸为目标产物，联合多伦多大学E. H. Sargent小组、武汉理工大学麦立强小组，通过电催化二氧化碳还原技术，实现了醋酸的“零碳”制造。

这项名为“限制二碳吸附基团构象完成一氧化碳向乙酸盐电还原”的研究成果，使用二氧化碳和水为原料，生成乙酸这一种主要产物，并能够连续820小时保持乙酸生成率80%以上，在选择性、能量转化效率、稳定性上打破了现有世界纪录。

1、两步还原改变二氧化碳

2018年夏，庞元杰教授回国，带着一生所学投入“零碳”制造领域。他介绍，电催化二氧化碳还原技术是极具潜力的清洁能源存储手段，当时国际上有“一步法”“两步法”两种途径，但稳定性和能量转化率都不理想。庞元杰组建国内团队后，选择步骤复杂但前景光明的“两步法”：先将二氧化碳转化为一氧化碳，再将一氧化碳升级还原，并开始攻坚乙酸的“零碳”合成。

首先要“搭厂房”（高压强三相界面反应装置），让二氧化碳在其中“变身”。“厂房”不好搭，得把以前的常压升级为高压，花了将近一年时间，团队博士后金健终于做出雏形。

其次是选择催化剂。铜基催化剂是二氧化碳电催化还原反应中效率最高的催化剂之一，但为了专门合成乙酸，团队必须选择含铜较低的催化剂。如何发挥其最大效果，团队选择将铜分散在金、银、镍三种金属中，反复实验，观察出银与铜结合反应最高效。

在“厂房”的高气压条件下，气液平衡，通道顺畅，碳原子们“手牵手站起来”，完成碳-碳偶联步骤，最终高产率合成乙酸。

2、决战：一气呵成冲上八百小时

从2018年9月项目启动，年轻的团队成员和老师庞元杰就泡在了实验室。

二氧化碳转化“厂房”能连续运行多久？这是稳定性的重要体现。从50小时开始，他们一步步往上提升。那段时间，庞元杰将团队微信群名改为“决战！！200小时”，誓达目标。“当时我们把其它实验都停了，不允许外人进入实验室，全力攻关，没想到那一次，指针冲上200小时还不停，一直冲，一直冲，直到停在了820小时，我们激动万分……”

此前，他们有着向《自然》投稿被要求“返修”的痛苦，有着无数次实验的停滞，但在那一刻，都化作历经千辛万苦后的喜悦。当稳定性测试在2022年年底完成，那个春节也成为他们最开心的春节。

3、不懈：终于找到“消失”的乙酸

电解后，产物分解检测出现了奇怪的现象：所有产物加起来不到100%，有一小部分不见了。它们去哪儿了？团队不放过这个细节，排除种种，终于找回“消失”的那部分，原来，乙酸是透过渗透膜“跑”到了阳极。及时更换渗透膜，就能避免日后的乙酸“消失”。庞元杰说，科学精神的关键是创新，也是不放过每个细节的严谨。

历时4年，庞元杰团队研究成果“限制二碳吸附基团构象完成一氧化碳向乙酸盐电还原”显示，该实验使用一氧化碳和水为原料，生成乙酸这一种主要产物，并能够连续820小时保持乙酸生成率80%以上，在选择性、能量转化效率、稳定性上打破了现有世界纪录。

研究成果于5月3日在《自然》发表。华中科技大学光电信息学院博士后金健、博士生闵秋红，多伦多大学的Josh Wicks和上海交通大学的李俊教授为论文第一作者。庞元杰教授、多伦多大学E. H. Sargent教授、武汉理工大学麦立强教授为论文通讯作者。

庞元杰介绍，技术可行性分析报告显示，这一成果在同类技术中性能最高、成本最低。

利用该技术，不仅是醋酸这类羧酸类化学品，烃类、醇类等重要化学品也有望实现“零碳”制造，让二氧化碳在医药、燃料、化工原料的生产过程中得到更广泛的应用。该技术可以将太阳能发电板发出的电能转换为便于储存的燃料化学能，再将燃料化学能有序释放，实时满足生活和生产的各种用能需求。选用合适的催化剂还可以进行乙醇（酒精）的生产，从而摆脱对以农作物为原料生产乙醇的依赖，减少对土地和粮食的资源消耗，使乙醇能够更大范围地应用于清洁能源。

“下一步，我们要冲击1万小时！那到时，工业应用指日可待。”庞元杰充满信心。

三、姊妹研发“二氧化碳制衣术”

虽然“零碳”制备醋酸是我国做到的，但是美国一姐妹花却在此之前就盯上了二氧化碳制衣术，她们用的却是这个方法：

石化工业对环境造成污染这件事是众所皆知的，但时尚产业也不遑多让，因为生成衣物的过程中，除了需要使用大量的水及化学物质之外，在工业化后所使用的农药与化肥，也可能造成土壤污染及盐化恶化的问题，快时尚掀起后，更是加剧了此情况的发生。

一家来自美国的新创企业 Rubi Labs，正是因为看见了时尚产业的污染，因此决定要从源头解决衣料污染的问题，他们的解决方法是：捕捉二氧化碳。

在空气中抓二氧化碳的想法，其实是向植物学习而来的

要从空气中捕捉二氧化碳听来不可思议，但是 Rubi Labs 却成功研发出转换二氧化碳的技术，并预计于 2 月推出首批的样品——究竟他们是如何完成这个令人难以想象的任务呢？

1、关键在于 Rubi Labs 所研发的酶

酶是一种催化剂，具能够加快化学反应的速度。而在植物中存在一种名为 Rubisco 的酶，除了是催化光合作用进行的一大功臣外，同时也是地球上最丰富的酶。

Rubi Labs 便是受到植物进行光合作用时，将二氧化碳转化的过程启发，因此决定善用 Rubisco 的特点，在捕获二氧化碳后，使用其所研发的酶系统，快速将二氧化碳转换为纤维素，最后用于制造嫘萦（一种衣料纤维）。

据创办人所言，Rubi Labs 所研发的酶，能够从任何浓度的气体中捕获和转化二氧化碳，也就是说，即使在二氧化碳含量非常低的情况下，Rubi Labs 仍然能够从空气中捕获所需的二氧化碳，并转换为纤维素。

由于时尚产业真正对环境造成污染的，其实是制造衣料纤维的过程，而 Rubi Labs 因为是直接合成纤维，正好跳过了传统时尚产业制造衣料纤维时，这些会浪费大量的水、耗尽土地和造成污染等步骤，因此更可减少污染的发生。

而且他们的目标是做到，能够将捕捉到的二氧化碳 100% 的转换为纤维素，如同光合作用的过程那样，是对环境友善的循环。

2、瞄准既环保又实用的纺织纤维——缧萦

其实 Rubi Labs 用以制造衣物的缧萦，并非世界上使用量最大的纺织纤维，棉花、聚酯纤维才是。但是为什么 Rubi Labs 不生产棉花、聚酯纤维这些世界上使用量更多的纺织纤维来制作衣料呢？

原因在于将二氧化碳转换的纤维素制作为棉花，需要的技术含量较高，而聚酯纤维本身就是一种不环保的衣物材料，把纤维素做成聚酯纤维还需要添加其他化学物料，所以 Rubi Labs 也不选择制作聚酯纤维。

而 Rubi Labs 生产的缧萦，则是一种由植物纤维素加工抽丝而成的长纤维，是使用量仅次于棉花和聚酯纤维的纺织纤维，相较棉花来说，其较易由二氧化碳生成，相较聚酯纤维也更环保，这也是为何 Rubi Labs 会选择将二氧化碳转换为此纤维，以利他们制造衣料。

3、抓取二氧化碳来做衣服的想法源于 10 年梦想的累积

由空气中抓取二氧化碳制成天然纺织品想法的背后，其实是 Rubi Labs 的创办人 Leila Mashouf 和 Neeka Mashouf 两姊妹历时 10 年建构而成的梦想。

Leila Mashouf 和 Neeka Mashouf 从小便关注可持续发展和气候变化等议题，因为她们的叔叔是全球女装品牌 Bebe Stores 的创办人，使得她们从小便在第一线目睹了时尚供应链所造成的污染，因此立志要颠覆既有的高污染时尚产业环境，降低时尚产业的污染。

之后，两人分别在劳伦斯伯克利国家实验室、生物工程研究实验室工作，累积相关实务经验后，才起身创立 Rubi Labs。

虽然随着大众对环保意识的提升，时尚产业被要求必须正视纺织品所造成的污染，因此有越来越多厂商，愿意付诸成本以解决制造过程所产生的污染。不过就像所有环保商品一样，单纯主打衣料的材质，可减少二氧化碳并且可自然生物分解，可能并不足以吸引消费者多花钱，来支持这样一个环保的理念。所以如何做到扩大规模以降低生产成本，甚至做到与传统纺织材料的价格平价，可能会是 Rubi Labs 要能够可持续发展其可持续商品的关键。

文章来源： 湖北日报，社企拿铁，长江日报