将长期全球变暖限制在1.5°C以下，需要的不仅仅是减少温室气体排放。根据最新的气候评估报告（IPCC）中概述的气候情景，世界还需要能够移除并储存数千亿吨已经存在于大气中的二氧化碳（CO2）的技术。在日益受到关注的一种方法是直接空气捕集（DAC），它从空气中直接去除CO2。公司和研究团队已花费多年时间开发DAC系统，成立于2009年的苏黎世联邦理工学院分公司Climeworks是最早将该技术推向市场的公司之一。尽管取得了进展，但从大气中捕获碳仍然昂贵且需要大量能源。 来自食品工业废弃物的蛋白珠 苏黎世联邦理工学院的研究人员现在开发出一种新型碳捕集材料，来源于意想不到的地方：乳制品和豆腐生产废料。在《美国国家科学院院刊》上发表的一项研究中，材料科学家Raffaele Mezzenga教授领导的团队描述了一种利用乳清和豆腐生产副产品吸收CO2的方法。乳制品和豆腐生产过程中会产生大量富含蛋白质的液体。只有一部分在食品生产中被重新利用，而其余的大部分则被丢弃。研究人员从这些废料中提取蛋白质，并将其组装成被称为淀粉样纤维的长线状结构。这些纤维与氢氧化钾结合，形成直径约为半厘米到一厘米的多孔珠。“产生的材料就像海绵，可以通过氢氧化钾吸收大量的CO2，” Mezzenga解释道。 碳捕集性能超越现有方法 当暴露在空气中时，珠里的氢氧化钾与CO2反应，生成氢碳酸盐，即碳酸的盐。这一反应有效地去除了大气中的二氧化碳。“在我们的环境空气测试中，我们能够用一克材料提取97毫克的CO2，” Mezzenga的团队中的博士后研究员周东说，他是这项研究的第一作者。根据周的说法，这种性能非常强劲，超出了传统DAC技术的能力10%到50%。他估计，一公斤蛋白珠理论上可以在单次操作周期中捕获和隔离约100克的CO2。 更低能耗的碳去除 传统的直接空气捕集系统通常依靠热量和负压从材料中释放捕获的CO2。回收的二氧化碳随后可以储存或转化为其他产品，从而长时间保持其不在大气中。由于这一过程消耗大量能量，DAC设施通常在可再生能源资源丰富的地方最为实际。苏黎世联邦理工学院团队开发了不同的方法。为了释放捕获的CO2，研究人员交替用温和酸和温和碱喷洒蛋白珠，大约持续10分钟，室温下来。该过程破坏了保持CO2的化学键，使其得以收集。 可重复使用的珠子支持循环经济 酸、碱和蛋白珠都可以重复使用。“目前用于捕获CO2的合成材料很快会降解，”周说。“相对而言，我们的蛋白珠在很长时间内保持稳定。”实验室测试表明，该材料在30个循环的碳捕集和释放中保持性能，没有明显的效率损失。随着时间的推移，吸附能力会逐渐下降。Mezzenga估计，几千个循环后可能需要更换。然而，由于这些珠子完全是有机的，因此它们可以重新用作农业肥料或转化为生物燃料。它们的可生物降解特性可以让这种技术融入更广泛的循环经济模型，减少废物，同时在珠子退役后继续提供价值。“我们用于此过程的材料无毒且符合食品标准，” Mezzenga指出。团队还进行了生命周期分析，发现该新方法在整个生命周期内所造成的环境污染比现有的DAC技术少。 该技术能否规模化？ 尽管结果令人鼓舞，但还需要额外测试以确定该技术在工业规模上是否能有效操作，同时保持其高碳捕集能力。对于当前的研究，研究人员在受控实验室环境中使用少量材料，仅捕获了大约50克CO2。Mezzenga对该技术的未来仍持乐观态度。他已经花费近20年时间研究淀粉样...