二氧化碳吸收与解吸实验装置

物美价廉，可用于电池及人造树研制一种新的聚合物被证明适于去除大气中的二氧化碳　　美国加利福尼亚州的研究人员生产出一种能够从空气中去除大量二氧化碳气体的廉价塑料制品。沿着这条路，这种新材料将能够用于大型电池的研制，甚至在避免灾难性气候变化的尝试中，成为旨在降低大气二氧化碳浓度的“人造树木”的主要成分。　　这些长期目标一直吸引着由洛杉矶市南加利福尼亚大学(USC)的化学家George Olah领导的研究团队。作为1994年诺贝尔化学奖得主，Olah一直设想未来社会主要依赖由甲醇(一种简单的液体酒精)制成的燃料。随着容易开采的化石燃料在未来几十年变得愈发稀缺，他提出，人们可以贮存大气中的二氧化碳，并将其与从水中分离的氢相结合，从而形成一种具有广泛用途的甲醇燃料。　　Olah和他的同事还在研制一种廉价铁基电池，这种电池能够储存由可再生能源产生的额外电力，并在需求高峰时输入电网。在运行时，铁电池会从空气中攫取氧。但即便只有微量的二氧化碳加入反应也将使电池报废。最近几年，研究人员开发出一些很好的二氧化碳吸收装置，它们由名为沸石的多孔固体与金属有机骨架构成。但是这些吸收装置价格昂贵。因此Olah和他的同事着手寻找一种成本更低的替代方法。　　研究人员转而求助聚乙烯亚胺(PEI)，这是一种廉价的聚合物，同时也是一种像样的二氧化碳吸收器。但它只能在表面俘获二氧化碳。为了增大PEI的表面积，USC的研究团队将这种聚合物溶解于一种甲醇溶剂中，并将其铺在一堆煅制二氧化硅的上面，后者是一种工业生产的、由玻璃熔解的小滴制成的廉价多孔固体。当溶剂蒸发后，留下的固体PEI便具有很大的表面积。　　当研究人员对新材料的二氧化碳吸收能力进行测试时，他们发现，每克该物质在潮湿的空气中——类似于目前大多数的环境条件——平均可吸收1.72毫微摩尔的二氧化碳。这已经远远超过近期由氨基硅制成的另一个竞争对手1.44毫微摩尔每克的吸收值，并且在迄今进行的二氧化碳吸收能力测试中处于最高水平。研究小组在日前出版的《美国化学会志》中报告了这一研究成果。　　如果二氧化碳处于饱和状态，这种PEI-二氧化硅合成物也很容易再生。当聚合物被加热至85摄氏度后，二氧化碳便会飘离。而其他常用固体二氧化碳吸收器则必须加热超过800摄氏度才能够赶走二氧化碳。　　哥伦比亚大学的二氧化碳空气捕获专家Klaus Lackner表示：“这很有趣。它能够在低温下工作真太好了。”研究团队成员之一、USC的化学家Surya Prakash认为，这使它除了保护电池之外还能够用来抓住空气中的二氧化碳。这种聚合物可用于建造旨在减少大气中二氧化碳浓度的人造树大农场，以及防止气候变化的最严重破坏。但前提是世界各国愿意花费数不清的资金来控制大气中的二氧化碳。　　由于这种聚合物会在高温下降解，因此意味着它不可能用于吸收来自工厂烟囱或汽车排气管中的二氧化碳——那里的二氧化碳通常浓度很高且温度也很高。为了克服这一瓶颈，Prakash说，USC的研究团队如今正在研制高表面积且更耐热的PEI。

（1）国家标准 《温室气体 二氧化碳测量 离轴积分腔输出光谱法》（GB/T 34286-2017）由气象部门提出，规定了使用离轴积分腔输出光谱法测量环境大气温室气体二氧化碳浓度的方法，适用于开展温室气体二氧化碳浓度的测量，在非污染大气下，其测量精度应小于0.1×10-6mol/mol。 《气相色谱法本底大气二氧化碳和甲烷浓度在线观测方法》（GB/T 31705-2015）由气象部门提出，规定了本底大气二氧化碳浓度气相色谱在线观测方法。 《气体中一氧化碳、二氧化碳和碳氢化合物的测定 气相色谱法》（GB/T 8984-2008）由中国石油和化学工业协会提出，规定了气体中二氧化碳的气相色谱测定方法，适用于氢、氧、氦、氖、氩、氪和氙等气体中一氧化碳、二氧化碳和甲烷的分项测定，以及一氧化碳、二氧化碳和碳氢化合物的总量（总碳）测定。 《固定污染源排气汇总颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T 16157-1996）由环境保护部门提出，规定了使用奥氏气体分析仪法测定固定污染源排气中二氧化碳的方法，其原理为用不同的吸收液分别对排气中的二氧化碳进行吸收，根据吸收前、后排气体积的变化，计算出该成分在排气中所占的体积分数。（2）行业标准 《温室气体 二氧化碳和甲烷观测规范 离轴积分腔输出光谱法》（QX/T 429-2018）是气象行业标准，除规定了利用离轴积分腔输出光谱法观测二氧化碳方法外，还对观测系统、安装要求、检漏与测试要求、运行和维护要求、溯源及数据处理要求等做了规定，适用于温室气体二氧化碳离轴积分腔输出光谱法的在线观测和资料处理分析。 《固定污染源废气 二氧化碳的测定 非分散红外吸收法》（HJ 870-2017）是国家环境保护标准，规定了测定固定污染源废气中二氧化碳的非分散红外吸收法，适用于固定污染源废气中二氧化碳的测定，方法检出限为0.03%（0.6g/m3），测定下限为0.12%（2.4g/m3）。 《环境空气 无机有害气体的应急监测 便携式傅里叶红外仪法》（HJ 920-2017）是国家环境保护标准，规定了测定环境空气中无机有害气体的便携式傅里叶红外仪法，为定性半定量方法，适用于环境空气中二氧化碳的现场应急监测，以及筛选、普查等先期调查工作，方法检出限1mg/m3，测定下限4mg/m3。 《沼气中甲烷和二氧化碳的测定 气相色谱法》（NY/T 1700-2009）是农业行业标准，规定了沼气中二氧化碳的气相色谱实验方法，适用于沼气中二氧化碳的测定。 《本底大气二氧化碳浓度瓶采样测定方法-非色散红外法》（QX/T 67-2007）是气象行业标准，规定了本底大气中二氧化碳浓度的非色散红外测定方法，适用于本底大气瓶采样样品二氧化碳浓度的测定。 《工作场所空气有毒物质测定 第37部分 一氧化碳和二氧化碳》（GBZ/T 300.37-2017）为国家职业卫生标准，规定了工作场所空气中二氧化碳的不分光红外线气体分析仪法，适用于工作场所空气中二氧化碳浓度的检测，方法检出限为0.001%。 综上，我国气象、生态环境、农业、职业卫生及石化工业等部门均提出了二氧化碳测量方法标准，涉及到的方法原理有离轴积分腔输出光谱法、非分散（不分光、非色散）红外光谱法、傅里叶红外光谱法、气相色谱法及奥氏气体分析仪法等。这些方法根据原理、采样方式、样品基质及特性不同，适用于各类应用场景。 其中农业、职业卫生及石化工业的二氧化碳测量方法主要是为了解决产品组分、职业防护等特定领域问题，从温室气体测量角度出发，在环境大气方面，气象部门提出了较为完善的测量方法体系，以离轴积分腔输出光谱法（GB/T 34286-2017和QX/T 429-2018）和气相色谱法（GB/T 31705-2015）为主，生态环境部门提出的便携式傅里叶红外仪法（HJ920-2017）仅适用于应急监测；在污染源废气方面，生态环境部门提出了非分散红外法（HJ870-2017），而奥氏气体分析仪法（GB/T 16157-1996），由于测试精度以及现场工作便利性的原因，在实际工作中应用不多。 在温室气体（二氧化碳）测量领域，与环境大气二氧化碳测量方法体系相比，污染源废气仅有一个手工测量方法，无在线监测技术规范，而“碳源监测”是实现碳中和的重要保障。国际上对于温室气体排放测算有“排放因子法”与“直接测量法”两种方法，直接测量法在精确度上优势较为明显，也是排放因子法中“排放因子”的基础来源。下一步，可以现有方法标准为依托，进一步优化完善方法体系，构建二氧化碳以及其他温室气体源、汇观测网络，为碳达峰、碳中和提供有效测量支撑与保障。

深冬寒夜，中国科学院大气物理研究所2号楼816办公室灯火通明。　　杨东旭副研究员带领课题组一直在忙——利用我国首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星（碳卫星）取得的观测数据，他们在分析计算全球碳汇和碳排放时空分布的新结果，讨论我国碳汇变化趋势。“这能够帮助我们了解这颗卫星的优势和不足，以便优化未来卫星的设计”。　　二氧化碳排放是地球变暖的元凶之一。谁排放了二氧化碳？排放了多少？这些二氧化碳又去哪里了？　　这是科学研究需要回答的问题，是政策制定的科学依据，也是全球气候变化国际谈判中的关键数据——　　“碳卫星”能够帮助我们给出答案！　　2016年12月22日，它在酒泉成功发射。它带在“身上”的，有我国科研人员自主研发的高光谱与高空间分辨率二氧化碳探测仪、多谱段云与气溶胶探测仪等探测设备。这一下子，标志着我国在温室气体监测领域达到了先进水平。　　有了观测数据只是第一步，接下来是数据的反演——　　太阳辐射在大气中是如何传输的？大气散射、吸收有什么特征？中国科学院大气物理研究所的科研团队研制出了中国碳卫星二氧化碳浓度反演算法，高精度模拟，精确地刻画，这些问题，迎刃而解。　　正因为有了这样精度优、效率高的算法，全球大气二氧化碳含量的实时变化情况可以真实、客观地反映出来，碳源汇的定量计算与监测也有了依据。　　这颗“碳卫星”真是出手不凡：2017年9月，首幅全球二氧化碳分布图问世，平均精度达到2.11ppm；2020年，中科院大气物理所刘毅团队改进了数据质量和反演算法，将数据精度提升到1.5ppm，并获得陆地生态系统日光诱导叶绿素荧光数据产品；2021年，获取了中国“碳卫星”首个全球碳通量数据集。　　“这是一个里程碑式的结果，标志着我国具备了全球碳收支的空间定量监测能力，是国际上继日本、美国之后的第三个具备该技术的国家。”杨东旭自豪地说，这颗“碳卫星”，让我国科技工作者和相关部门能够掌握第一手数据，增加了我国在气候变化全球谈判中的底气。　　工作还在继续，正如刘毅所说：“我们希望能与其他国家合作形成碳卫星‘虚拟星座’，联合观测大气二氧化碳，为全球气候变化提供更加丰富的监测数据。同时，我国新一代‘碳卫星’的设计与研发已经提上日程。这将助力我国实现‘双碳’目标，也体现了一个大国的担当。作为科研人员，我们深感使命光荣。”

大气温室气体是导致全球平均气温和海温升高、大范围雪和冰融化、以及海平面上升等全球气候变化的重要因素，特别是二氧化碳的排放是当今世界最为关注的地球大气环境问题。实现对全球大气温室气体(尤其是二氧化碳)的高精度探测，对我国制定相关气候应对措施具有深远影响，将为我国的环境外交政策提供强有力的技术支撑和保障。基于目前科学技术水平，准确把握二氧化碳的全球变化，是目前空间遥感探测的热点和难点，需要充分依靠高灵敏度和高光谱分辨率的遥感探测技术。　　由我所承担的院空间科技创新基地重要方向项目“超光谱环境遥感监测关键技术研究”经过近2年攻关，研制成功基于空间外差光谱技术(SHS — Spatial Heterodyne Spectroscopy)的大气主要温室气体二氧化碳航空遥感探测试验样机。该技术目前已被列入高光谱观测卫星与环境减灾小卫星的温室气体探测计划。　　日前，在山东日照进行的机载试验受到中国海监北海支队的大力支持，机载试验样机装载于中国海监Y-12飞机，实现一次装机，一次校飞获取信息。试验共飞行两架次，约9个半小时，两个飞行高度(500m、1000m)，飞行区域为山东日照市区及附近郊区，选择了农田、工业区、海岸滩涂等典型地表区域，获取了大量数据。预处理结果表明了试验样机完全到达了设计指标，即在大气二氧化碳最主要的吸收波段1575nm范围中，得到光谱分辨率为0.1nm的实际大气二氧化碳吸收光谱，与理论计算对比一致。这些遥感数据将成为反演大气环境中二氧化碳柱浓度不可替代的和最直接的依据。下图为二氧化碳机载试验样机、机载试验状况及大气二氧化碳超光谱曲线。　　空间外差光谱技术是近年发展起来的一种新型超光谱遥感探测技术，与传统的傅立叶干涉系统(如日本的GOSAT)和衍射光栅系统(如欧洲的ENVISAT、美国的OCO)高分辨光谱遥感技术相比，空间外差光谱技术更具有针对性，该技术综合了衍射及空间调制干涉技术于一体，在限定的光谱范围内可达到很高的光谱分辨率和信噪比，且具有结构紧凑、无运动部件等特点，因而成为高精度大气成分遥感探测的优选技术之一。　　安徽光机所是国内最早开展空间外差光谱技术实验研究的单位之一，先后获得了国家自然基金、863项目、院创新基金的支持。2008年在院重要方向项目支持下，集中攻克了空间外差一体化干涉仪核心技术，解决了大气温室气体空间外差光谱遥感系统设计及定标(辐射、光谱以及吸收池)等关键技术，针对二氧化碳、甲烷以及一氧化碳等大气温室气体的探测研制了机载遥感试验样机和干涉仪组件。　　本次校飞试验结果表明，历时两年自主研发的二氧化碳空间外差光谱仪系统指标先进、性能稳定。本次校飞试验，不仅在国内首次获得了高分辨率大气二氧化碳飞行数据，同时验证了该系统在移动平台下获取高质量大气二氧化碳超分辨光谱的能力，为发展包括大气温室气体、气溶胶、污染气体等国家机载大气环境遥感监测系统，以及发展我国大气温室气体星载遥感系统奠定了坚实基础。

今年全国两会，“碳达峰”“碳中和”备受关注。其实早在去年9月，我国政府在第七十五届联合国大会上就提出：“中国将提高自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争取于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。” 首先先来了解一下“碳达峰”“碳中和”这两个词是什么意思。碳达峰：在某一个时刻，二氧化碳排放量达到历史高值，之后逐渐回落。碳中和：通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳或温室气体排放量，实现正负抵消，达到相对“零排放”。10年内碳达峰，40年内碳中和。这个目标对于我们来说，时间紧、任务重二氧化碳的 “生命线”很长，想要在2030年实现碳达峰，需要提早的进行能源结构转型。根据清华大学气候变化与可持续发展研究院最近的研究报告，在新的气候目标下，碳强度在2030年相比2015年的下降幅度要超过65%，2025年末非化石能源在一次能源消费占比至少要到20%、2030年末至少要到25%。业内指出，这一模型数据尚属于相对保守。气候变化是全球工业化以来地球生态系统面临的严峻挑战，地球生态系统和地球气候系统已经达到临界点。2019年5月，全球大气中CO2月平均浓度达到414.7×10-6，创下1958年人类有观测记录以来的新纪录，超过了过去23年的较高记录，导致全球平均气温升高、冰川消融、海平面上升、极端天气频繁等环境和生态问题。“碳中和”目标的出台，为我国未来绿色低碳发展擘画了宏伟蓝图。但要看到，与世界主要碳排放国家的历史进程相比，我国实现“碳中和”目标面临着巨大的压力与挑战。那我们如何才能知道空气中有多少二氧化碳，如何监测全国各地的碳排放情况呢？这就需要通过相关仪器设备来对温室气体的浓度或体积进行连续测量，实时监测和测算二氧化碳排放量。二氧化碳测量有哪些方法？1、非色散红外吸收法二氧化碳对红外线具有选择性的吸收，在一定范围内，吸收值与二氧化碳浓度呈线性关系。根据吸收值确定样品二氧化碳的浓度。2、气相色谱法气相色谱法是利用气体作流动相的色层分离分析方法。二氧化碳在色谱柱中与空气的其他成分完全分离后，进入热导检测器的工作壁。在线性范围内，信号大小与进入检测器的二氧化碳浓度成正比。从而进行定性与定量测量。3、容量滴定法用过量的氢氧化钡溶液与二氧化碳作用生成碳酸钡沉淀，采样后剩余的氢氧化钡用标准草酸溶液滴定至酚酞试剂红色刚褪。由容量法滴定结果除以所采集的空气样品体积，即可测得空气中二氧化碳的浓度。4、红外线吸收法二氧化碳在4. 3um红外区有一个吸收峰，在此波长下，氧、氮、一氧化碳、水蒸汽都没有明显的吸收，因此红外线吸收法是测量空气中二氧化碳的理想方法。由于空气中二氧化碳的含量低为0. 03 % ，吸收池的长度有几厘米便可。所以利用红外线吸收原理，可制成便携式空气中二氧化碳传感器，用来检测二氧化碳浓度。

《每日科学》网站7月25日报道称，美国劳伦斯-利弗莫尔国家实验室的研究人员利用离子液体作为二氧化碳吸收剂，开发出一种更清洁、稳定和高效的捕获二氧化碳新方法。该研究成果刊登在最新一期的《化学与可持续性、能源与材料》(ChemSusChem)杂志上。　　随着全球气候变暖的加剧，各国都在致力于减少燃烧化石燃料的二氧化碳排放量，碳捕捉技术成为研究的重点。目前的碳捕捉技术主要采用化学吸附法。二氧化碳会和胺类物质发生反应，二者在低温情况下结合，在高温中分离。一般可以使含二氧化碳的废气通过胺液，分离出其中的二氧化碳，之后在适当地方通过加热胺液再将二氧化碳释放。现今少数进行商用碳捕捉的煤电厂都使用单乙醇胺作为二氧化碳吸收剂。但单乙醇胺具有腐蚀性，这种方法也需要使用大型设备，并且只有在二氧化碳处于轻微至中等压力下才有效。因此，其成本、效率都不是很理想。　　在过去几年中，该实验室的阿米泰什梅蒂一直致力于找到新的二氧化碳吸收剂。他测试了几种可有效溶解二氧化碳的离子液体，获得大量有用数据。与典型的有机溶剂不一样，离子液体一般不会成为蒸汽，所以不易产生有害气体，使用方便。梅蒂发现，使用离子液体作为二氧化碳吸收剂，可克服单乙醇胺的诸多缺点，比现今所用之法更清洁、更易于使用。其化学稳定性好、腐蚀性低，蒸汽压几乎为零，可制成膜使用。离子液体种类繁多，有许多种具有潜在的高二氧化碳溶解度的离子可供选择。　　梅蒂设计出一种基于量子化学热力学方法的计算工具，可计算出任何溶剂在任意浓度下的二氧化碳化学溶解能力，以测定包括离子液体在内的溶剂的碳捕捉效率。过去几年积累的实验数据证明，这种算法十分准确。　　报道称，梅蒂使用这种方法预测出一种新型溶剂，其二氧化碳溶解度是目前实验证实的最有效溶剂的两倍。“离子液体种类繁多，目前所见仅是九牛一毛。”梅蒂希望他的这种精准算法能够帮助科学家发现更好的实用型溶剂，以进一步提高二氧化碳捕获效率。

我国首颗二氧化碳监测科学实验卫星即将发射升空，它将用慧眼一探全球二氧化碳变化的秘密。　　“我国还没有这么复杂观测模式的民用卫星，它通过5种观测模式的组合，完成对全球二氧化碳的探测，卫星装载的高光谱二氧化碳探测仪有2000多个通道，光谱解析度极高，卫星研制难度极大。”碳卫星首席应用科学家卢乃锰告诉记者。　　利用光谱吸收特性一探究竟　　与以往的气象卫星不同，碳卫星是在可见光和近红外谱段，利用分子吸收谱线探测二氧化碳浓度。“大气在太阳光照射下，二氧化碳分子会呈现光谱吸收特性，通过碳卫星对二氧化碳光谱吸收线的精细测量，就可以反演出大气二氧化碳的浓度。”卢乃锰说。　　反演验证系统是获取卫星数据后计算出二氧化碳和气溶胶分布状况的关键环节，也是卢乃锰在采访中反复提及的技术关键。通俗来讲，太阳的光谱是确定的，如果已知二氧化碳浓度等大气状况，根据模型，计算出卫星应该观测到的光谱，是正演 而根据卫星获取的数据，由模型反算出二氧化碳浓度，就是反演。　　“以往气象卫星所涉及到的反演问题，大多集中在红外和微波谱段，而碳卫星所涉及到的是可见光和近红外谱段的反演问题，机理不同，难度加大。这需要考虑云与气溶胶、气压、温度、反照率等多因素的影响，重新设计全新的反演验证系统。我们集中国内优势单位联合攻关，终于啃下了这块硬骨头，填补了国内技术空白。”卢乃锰说。　　国家遥感中心总工程师李加洪介绍，该项目后期还追加了航空遥感实验和地面观测反演。前者就是把二氧化碳探测仪放在飞机上先采集数据，让研究者在碳卫星发射前就能熟悉相关数据处理和反演方法，积累经验，确保碳卫星获取数据后及时开展应用。　　会跳华尔兹会翻筋斗，还能斜看竖看盯着看　　卢乃锰给记者展示了一段碳卫星工作的模拟视频。“大家看到卫星在天上翩翩起舞，觉得很美，但搞卫星的人通常一听到这种需求就心惊肉跳，万一转过去转不回来了，怎么办呢?”他说，这种敏捷观测对卫星技术要求极高。　　这颗卫星为什么需要不停旋转?这就涉及到其复杂的观测模式。碳卫星可以斜着看、竖着看、盯着看。斜着看，就是耀斑观测模式，利用太阳在海面的镜面反射提高信噪比，获取海面上空的二氧化碳数据 竖着看即天底观测模式，利用地面的漫反射特性开展地面二氧化碳的观测 盯着看，就是卫星在飞行过程中，始终瞄准一个特定目标进行观测，完成既定任务。除此之外，碳卫星还要观测太阳和月亮，进行对日、对月定标。　　卢乃锰说，这相当于只有一只眼睛的卫星需要不停转换角度来完成对不同方向的观测。所以卫星要不断地调整姿态，就像跳优美的华尔兹。　　这种复杂和高难度的“跳舞”观测，让碳卫星能够得到更加有效的全球二氧化碳分布信息。“日本的GOSAT(2009年发射的世界首颗温室气体观测卫星)的有效观测点只有300多个，我们在设计时加大了卫星的扫描宽度，增加了采样点，使得有效观测点比他们多了一个数量级。”卢乃锰说。　　搭载二氧化碳和气溶胶两个探测仪　　除了模块化卫星平台，高标准的载荷设计也是碳卫星研制的一大难点。碳卫星搭载了两个遥感仪器。一个是高光谱与高空间分辨率二氧化碳探测仪，另一个是多频段云与气溶胶探测仪。　　“几十纳米的带宽在肉眼看来就一个颜色，要在这上面布置2000多个通道，也就是要再精细分辨出2000多种颜色，这对光学仪器的材料和工艺来说是非常大的挑战。”卢乃锰说。　　碳卫星项目要求大气中二氧化碳的浓度监测精度优于4ppm(百万分比浓度)，也即是说，当大气中二氧化碳含量变化超过百万分之四时，碳载荷就必须发现。为此，中科院长春光机所制造出200×200毫米的大面积光栅，填补了这一领域国内技术空白。　　将会形成全球碳排放报告　　我国的碳卫星大气二氧化碳反演精度可达到1-4ppm，比日本GOSAT监测精度高，与美国OCO-2相当。　　在发射成功并经过半年的在轨测试后，碳卫星将正式投入运行，16天完成一个回归周期，每两到三个月，完成一次全球有效覆盖。碳卫星获取的信息经过解析和处理，就会形成不同地区碳排放报告。　　“要用好这颗星需做好四件事。”卢乃锰说，第一是卫星数据的预处理，包括卫星定位、光谱定标、辐射定标等工作 第二是此前强调的数据反演 第三是模式同化技术 第四是数据共享。　　在这颗碳卫星基础上是否有安排后续业务星的计划?卢乃锰说，虽然这颗星还没有发射，但它的部分成果已经应用到很多碳监测的技术中，诸如风云气象卫星等国家空间对地观测卫星上，也都已经或正在考虑装载二氧化碳观测仪器。只是国家863计划走在了前面。　　“科技部特别强调碳卫星数据向国内外共享，目前已经制定了数据管理办法，将适时对外发布。碳卫星数据将加载到国家综合地球观测数据共享平台，除向国内各类用户提供数据共享服务外，还将通过全球生态环境遥感监测年度报告(GEOARC)发布专题报告。在国际合作方面，将向地球观测组织(GEO)共享，作为中国对GEO的实质贡献 通过中欧‘龙计划’合作将与欧空局开展深度研究。”李加洪透露，前段时间，NASA主动提出合作， 随着中国、欧洲碳卫星的跟进，希望以后形成多卫星联合观测，进一步实现对外开放、数据共享。

内蒙古大学科研团队经过不懈努力，在探索新型电催化二氧化碳还原材料领域取得重要突破。相关成果近日在线发表于国际能源类期刊《先进能源材料》。在“碳中和”的国际大背景下，设计具有高活性和选择性的二氧化碳电还原催化剂具有重要的现实意义和应用前景。当前，金、银、铜、铂等贵金属及其相关材料仍然是人们探索二氧化碳还原电催化剂的热点。然而，贵金属催化剂具有催化活性低、产物选择性差以及析氢效率高等问题。内蒙古大学物理科学与技术学院赵忠龙副教授带领团队，利用第一性原理计算模拟，首次提出了双金属单层电催化剂表面的“双位泛函”机制。该机制能够有效地抑制析氢副反应，并提升将二氧化碳电还原为甲酸产物的活性和选择性。然而，通过实验合成具有超薄壳层的双金属电极，仍然是一个挑战。鉴于此，此次研究利用第一性原理计算模拟方法，首次提出过渡金属碳化物和氮化物可以作为贵金属单层的衬底。在保留“双位泛函”的基础上，这种衬底能够显著提升催化剂的电化学稳定性。实验表明，碳化物和氮化物支撑贵金属单层以及单层团簇催化剂中存在氢—衬底反键相互作用。这种相互作用能够打破吸附氢与二氧化碳还原中间物之间的能量线性关系。此外，研究团队还通过理论模拟预测了一系列具有较高甲酸、甲醇和乙烯等碳氢化合物产物选择性的新型电催化剂，为提升电化学二氧化碳还原性能提供了新思路。

聚光科技二氧化碳分析仪——助力实现碳达峰2021年1月，生态环境部印发关于统筹和加强应对气候变化与生态环境保护相关工作的指导意见》，明确提出加强温室气体监测，逐步纳入生态环境监測体系统筹实施的要求。2021年9月12日，生态环境部办公厅印发《碳监测评估试点工作方案要求以破达峰目标与碳中和愿景为引领，落实减污降碳总要求，聚焦重点行业、重点城市和重点区域，开展碳监测试点工作。产品介绍AQMS -450 CO2分析仪采用 GFC NDIR 技术，具备高响应度，高重复性和操作简便等优点。产品原理AQMS -450采用了 GFC ( Gas Filter Correlation ) NDIR测量原理。经过 GFC 轮的两束光进入怀特腔中，通过参比室的光束光强不受腔内 CO2影响，测得为参考信号 R ，而通过测量室的光束光强会因腔内CO2吸收辐射而有衰减，测得为测量信号 M ，根据朗伯比尔定律，通过比较两个信号的比值（ M / R ）即可反演得到待测气中 CO2的浓度。产品特点●具有高响应度、高重复性和操作简捷等优点●量程达2000 ppm ，测量范围宽、检测限低●集成 CO2 ，吹扫装置，消除环境 CO2 ，浓度波动对仪器测量产生的干扰●采用怀特腔设计，光学器件表面均采用特殊的防腐处理技术，稳定性好，使用寿命长

为了应对全球气候变化和环境问题，越来越多的国家将“碳中和”上升为国家战略。负碳技术通过捕集、贮存和利用二氧化碳以此抵消难减排的碳排放而成为了实现碳中和的重要途径，其中近年来快速发展、极具应用前景的二氧化碳电解技术受到广泛关注。研究人员正在进行二氧化碳／一氧化碳电解性能测试近日，中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）包信和院士、研究员汪国雄、研究员高敦峰团队在二氧化碳/一氧化碳电解制备燃料和化学品研究中取得新进展。团队揭示了碱性膜电解器中二氧化碳/一氧化碳电催化还原反应覆盖度驱动的选择性变化机制，并组装出千瓦级电堆，其电解性能是目前文献报道最高值。该成果可以实现钢厂尾气或者化工尾气的高值化利用，为二氧化碳/一氧化碳电解技术从实验室到实际应用提供了技术基础。相关成果发表在国际顶级学术期刊《自然—纳米技术》上。通过利用可再生能源产生的电能，二氧化碳电解反应可以将二氧化碳转化为高附加值燃料和化学品。乙烯、乙酸和乙醇等多碳产物具有较高的能量密度和市场需求，是理想的电解产物。然而，在工业级电流密度下高选择性生成多碳产物仍然存在很大挑战。本工作中，团队基于钢铁工业排放出大量的二氧化碳/一氧化碳混合尾气这一现状，通过改变进料气组成来调变碱性膜电解器阴极氧化铜催化剂的微环境，实现了在工业级电流密度下高效二氧化碳/一氧化碳电解制备多碳产物。随着进料气中一氧化碳压力的增加，电解主产物逐渐由乙烯转变为乙酸，且电流密度显著增加。为进一步验证电解过程的可行性，团队组装了4节100 cm2的碱性膜电堆，其电解功率最高达到2.85 kW，在总电流为150 A时，乙烯的生成速率为457.5 mL min?1；在总电流为250 A时，乙酸的生成速率为2.97 g min?1。团队研制的碱性膜电解器和电堆“团队在电化学器件上进行了创新，研制了高性能碱性膜电解器件来电解二氧化碳/一氧化碳。”汪国雄介绍，“同时，我们通过改变反应气中一氧化碳分压来调控电极催化剂微环境，揭示了反应覆盖度驱动的选择性转变机制。”该项研究不仅为单一多碳产物的定向生成提供了重要参考，而且为二氧化碳/一氧化碳电解从实验室走向实际应用提供了技术基础。提及下一步研究方向，汪国雄说：“我们将进一步开展放大研究，研制大规模的碱性膜电堆和系统，提高在实际工况下的稳定性，实现在工业领域的示范运行。”

燃气行业作为现代社会的重要能源供应领域，对于气体的安全监测和精准控制有着极高的要求。其中，天然气作为燃气行业的重要一环，若二氧化碳的含量如果过高，不仅会影响其燃烧效率，还可能对环境造成负面影响。因此，对天然气中二氧化碳含量的实时监测和控制显得尤为重要。　　因此，为了更好地实现对天然气中二氧化碳含量的精准监测与控制，目前多地的中国石油天然气股份有限公司己引入逸云天在线式二氧化碳分析仪及TH2000-C-CO2-A-H，凭借其高精度的测量技术和实时在线监测功能，迅速、准确地检测出天然气中的二氧化碳含量。这样，企业可以及时发现并处理二氧化碳含量超标的问题，确保生产过程的稳定性和环保性。这不仅有助于减少事故发生的可能性，还能提高燃气企业的生产效率和经济效益。　　燃气行业气体检测解决方案：　　1、方案背景　　终端中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司，二氧化碳在线分析仪，用在燃气行业 介质：天然气，检测点压力最大3.3 MPa，最小2.8 Mpa，正常温度18℃，组分：CH4，C2H6，C3H8，H2S，CO2，N2，H2。天然气管道中测CO2，0~100PPm (可调)　　2、解决方案　　整体设备为室外型，可露天放置使用，系统配备电源管理保护系统、检测仪、抽气泵、高效冷凝系统、排水系统等设备供电 配备自动降温除湿恒温排水系统，系统配备粉尘过滤处理装置，可达到过滤所测气体的粉尘和焦油的目的 检测点压力最大3.3 MPa，最小2.8 Mpa，配套定制取样阀规格：带/Class600 DN40RJ HG/T 20615-2009 考虑到检测点冬天管路结冰，配电伴热恒温控制系统和10米电伴热管线 　　3、匹配了什么产品　　在线式二氧化碳分析仪，TH2000-C-CO2-A-H　　双级电子冷凝除湿系统，电源管理和保护系统，精细粉尘过滤取样头(法兰安装),长寿命直流无刷泵采样距离40米,自动降温、蠕动泵排水、过滤焦油，预留手动反吹接口，样气温度600度以内 适用于高水汽、高温度，检测分析单元对水汽要求不是非常高的场合 泵吸式检测 配防爆外箱 　　检测气体：二氧化碳CO2 检测范围/分辩率/检测原理：　　CO2:0-100PPM、0.01PPM 进口长寿命高精度高性能长光程红外原理传感器 　　浓度单位、显示模式、中英文操作界面自由切换，7寸触屏操作，采用进口传感器 三线/四线制4-20ma信号+RS485+继电器输出 　　大容量数据存储功能(标配10万条，更大可定制) 多模式报警功能，日志记录功能 检测仪防爆等级：ExdⅡCT6 取样阀规格：带/Class600 DN40RJ HG/T 20615-2009 接触介质部分为316/304不锈钢 配电伴热系统和10米电伴热管线 　　总之，通过应用逸云天在线式二氧化碳分析仪，不仅能够提供可靠的产品和解决方案，还能帮助燃气企业实现安全生产和高效运营，从而提升企业的市场竞争力。在未来，逸云天将继续秉承专业、创新的理念，为燃气行业带来更多优质、高效的解决方案，推动整个行业的持续发展。

乘风“碳中和”|变“废”为宝---二氧化碳还原反应产物分析方案王健二氧化碳Carbon Dioxide如何有效利用二氧化碳，使之转化为可利用的资源，是科技工作者研究的重要目标。其中二氧化碳的电催化、光催化、加氢还原等反应成为目前基础研究的热点，反应产物包括H2、O2、CO、C1-C4烃类、有机醇、酸、醛等，浓度范围随着反应机理不同变化比较大。气相色谱主要分析H2、O2、CO、CH4、C2-C4烃类，有机醇类。为了满足科研工作者的分析需求，赛默飞定制化气相色谱仪针对不同的反应流程，提供了多种解决方案。赛默飞定制化气相色谱仪应用于电催化反应装置赛默飞定制化气相色谱仪应用于光催化反应装置赛默飞定制化气相用于加氢催化反应装置 方案一 ：单分流进样口，二阀三柱，单TCD，双FID及甲烷转化器，三检测器方案。 反应特点：CO2电催化还原反应，原料气体为CO2，反应气体正压流动，可以采用阀进样方式与反应装置连接。主要产物包括：H2、CO、CH4、C2-C4烃类。其中H2检出限在5ppm以下，CO检出限1ppm以下，CH4等烃类检出限在1ppm以下。 方案特点：三检测器彼此独立，检测灵敏度高，可以检测到C4以上烃类，适合组分比较复杂的样品。 色谱图： 方案二 ：三阀三柱，TCD与FID串联及甲烷转化器，双检测器方案。 反应特点：CO2电催化还原反应，原料气体为CO2，反应气体正压流动，可以采用阀进样方式与反应装置连接。主要产物包括：H2、O2、N2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C2H2，其中H2检出限在10ppm以下，O2、N2检出限在0.1%以下，CO检出限1ppm以下，CH4、C2检出限在1ppm以下。 方案特点：流路结构紧凑，同时分析包含C2的所有烃类组分和永久性气体，性价比高。如果样品量较少，可增加一个进样口实现注射器进样。 色谱图： 方案三 ：双分流进样口，三阀三柱，单TCD，双FID及甲烷转化器，三检测器方案。 反应特点：CO2光催化还原反应，反应装置保持真空负压，装置自带缓冲阀。反应产物包括：H2、O2、N2、CH4、CO及C2-C4烃类。为了满足用户多种进样方式需求，此方案设计了包括正压自动阀进样功能、手动注射进样功能、和负压手动阀进样功能。 方案特点：三通道同时分析，除常规的H2、O2、N2、CH4、CO外，毛细柱通道可根据需要分析更高烃类和有机醇、酸类。进样方式灵活，可以满足正压进样、负压进样和手动注射进样多种方式。 色谱图： 方案四 ：四阀四柱，单TCD，单FID，双检测器方案 反应特点：二氧化碳加氢还原反应，用于评价不同催化剂反应活性。原料气为CO2、H2，主要产物包括H2、O2、N2、CO、CO2、C1-C5烃类、醇类及苯系物，有机产物组成比较复杂。系统保持正压流动状态，可阀进样。 方案特点：双通道，通道1完成常规永久性气体分析，包括H2（可扩展）、O2、N2、CO，CO2。通道2完成烃类和醇类分析。系统流路紧凑，可实现无机气体、醇类、苯系物、烃类同时分析，性价比高。 色谱图： 结语：二氧化碳还原反应是当前的科研热点，分析需求大，不同的反应路线，产物和装置特点不同，同时用户对于仪器设备成本也有不同的要求。赛默飞定制化气相色谱仪可以根据用户不同分析需求，有针对性的做出多种配置方案，灵活多变，可靠耐用，是科研工作者可以信赖的分析伙伴。

p 中国科技大学曾杰教授课题组，对钴基催化剂在二氧化碳加氢反应中的活性物相研究取得重要进展。他们将氮原子引入到钴催化剂中，构筑出氮化钴催化剂，通过原位机理研究发现，钴氮氢是该催化过程中真正的活性物相，是它大幅提高了催化效率。该研究成果近日在线发表在《自然—能源》杂志上。br//pp　　开发可再生能源、提高能源利用效率是当今世界的重大课题。二氧化碳加氢反应是低碳化学中的重要反应，一方面可以合成化工原料，缓解二氧化碳排放压力，实现碳能源的循环利用 另一方面可以合成甲醇，实现氢资源的储存和利用。/pp　　由于二氧化碳的化学惰性，二氧化碳加氢反应需要在高温高压条件下实现，转化工艺中存在能耗过大的问题。在过去几十年里，人们开发出一系列不同策略以提高非贵金属催化剂对二氧化碳加氢反应的活性。但迄今为止，对非贵金属催化剂在二氧化碳加氢反应中的活性物相研究仍处于起步阶段。/pp　　曾杰课题组将氮原子引入到钴催化剂中，形成氮化钴催化剂。在二氧化碳加氢催化中，氮化钴催化剂在32个大气压和150摄氏度的条件下，转换频率为同等条件下钴催化剂的64倍。进一步研究表明，在氢气氛围下，氮化钴催化剂上的氮原子会吸附结合氢原子形成钴氮氢这样一种特殊的物相。钴氮氢中的氨基氢原子直接加到二氧化碳分子上，形成甲酸根物种作为中间产物，从而大幅提升二氧化碳加氢反应的活性。/pp　　该研究为优化非贵金属催化剂对二氧化碳加氢反应的活性提供了一种简单有效的方式，为今后寻找更廉价、高效的二氧化碳加氢催化剂提供了新思路，对解决能源和环境问题具有积极意义。/ppbr//p

p　　近日，中国科学院大气物理研究所通过地球观测组织(GEO)年度大会，展示了中国碳卫星观测的首幅全球二氧化碳分布图，预示着中国碳卫星将为气候变化的研究提供数据支撑。该成果受到与会的美国航天局(NASA)、日本航天局(JAXA)和欧洲空间局(ESA)等国外研究机构代表的高度关注。/pp　　中国碳卫星是“十二五”期间，由科技部立项，中科院负责工程总体，中科院国家空间科学中心、中科院微小卫星创新研究院、中科院长春光学精密机械与物理研究所、中科院大气物理研究所和中国气象局国家卫星气象中心等多家单位共同承担的科学实验卫星计划，目标是实现全球大气二氧化碳柱平均干空气混合比(XCO2，下文简称“浓度”)的高精度监测，为碳排放科学研究提供卫星资料。2016年12月22日，中国碳卫星在酒泉卫星发射基地成功发射升空并在轨运行，成为继日本GOSAT和美国OCO-2后，国际上第三颗具有高精度温室气体探测能力的卫星。/pp　　大气所承担中国碳卫星二氧化碳浓度反演算法研发、碳源汇同化系统研发和卫星数据的科学应用等工作。其中卫星遥感大气二氧化碳的主要挑战是精度要求高，干扰因素多，反演难度大。在国家高技术研究发展计划(863)“中国碳卫星”和中科院战略性科技先导专项“碳专项”等的资助下，大气所团队核心成员、博士杨东旭研发了卫星遥感反演算法(Institute of Atmospheric Physics Carbon dioxide retrieval Algorithm for Satellite observation-IAPCAS)。该算法是基于非线性最优估计方法的“全物理”反演算法，需要高精度模拟太阳辐射在大气中的传输过程。算法充分优化气溶胶光学性质随波长的变化以及卷云的连续吸收等特征，显著降低系统误差，提高反演精度 另一方面，发展了快速矢量辐射传输计算方法，在保证精度的同时，大幅提高计算效率 前期研究表明，算法精度已达国际先进水平。利用该反演算法解析中国碳卫星观测数据，获得了首幅全球二氧化碳分布图。在4月分布图中，可以看出春季由于人为排放形成的北半球二氧化碳浓度高、南半球浓度低的特征 其次对比4月和7月分布图，清晰地显示出由春入夏北半球二氧化碳浓度降低的趋势，表明了生态系统随季节变化的“固碳”作用 分布图也反映出人类活动频繁地区二氧化碳浓度高的现象。/pp style="text-align: center "img title="001.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201802/noimg/a9c6c751-158b-490a-875e-1d7cfab310f0.jpg"//pp style="text-align: center "img title="002.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201802/noimg/2b18f41a-871e-4826-a1c7-cbeeeb284134.jpg"//pp 大气所反演算法获取的首幅中国碳卫星大气二氧化碳全球分布图，（上图)2017年4月，（下图)2017年7月。色标表示大气二氧化碳柱平均干空气混合比（XCO2）。/p

此前，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？ 答案是肯定的！ 4月28日，《自然催化》以封面文章的形式发表了一项最新研究成果。经过一年半的努力，我国科研人员通过电催化结合生物合成的方式，将二氧化碳高效还原合成高浓度乙酸，并进一步利用微生物合成葡萄糖和脂肪酸（油脂）。 这一成果由电子科技大学夏川课题组、中国科学院深圳先进技术研究院于涛课题组与中国科学技术大学曾杰课题组共同完成。 先把二氧化碳变成“食醋” 或许有人会问，人造的葡萄糖和油脂可以直接吃吗？好吃吗？ 对此，曾杰回应：“经过后续纯化处理，可以食用。” 那么，二氧化碳究竟是如何变成葡萄糖和油脂的？ “首先，我们需要把二氧化碳转化为可供微生物利用的原料，方便微生物发酵。”曾杰说，在常温常压条件下，清洁、高效的电催化技术是实现这个过程的理想选择，他们就此已经发展了成熟的电催化剂体系。 至于要转化为哪种原料，研究人员将目光瞄准了乙酸。因为它不仅是食醋的主要成分，也是一种优秀的生物合成碳源，可以转化为葡萄糖等其他生物物质。 “二氧化碳直接电解可以得到乙酸，但效率不高，所以我们采取‘两步走’策略——先高效得到一氧化碳，再从一氧化碳到乙酸。”曾杰说。 研究人员发现，一氧化碳通过脉冲电化学还原工艺形成的晶界铜催化合成乙酸的效率可高达52%。 不过，常规电催化装置生产出的乙酸混合着很多电解质盐，无法直接用于生物发酵。 所以，为了“喂饱”微生物，不仅要提升转化效率，保证“食物”的数量，还要得到不含电解质盐的纯乙酸，保证“食物”的质量。 “我们利用新型固态电解质反应装置，使用固态电解质代替传统电催化技术中的电解质盐溶液，直接得到了无需进一步分离的纯乙酸水溶液。”夏川介绍。 微生物“吃醋”产葡萄糖 得到乙酸后，研究人员尝试利用酿酒酵母这一微生物来合成葡萄糖。 “酿酒酵母主要用于奶酪、馒头、酿酒等发酵行业，同时也因其优秀的工业属性，常被用作微生物制造与细胞生物学研究的模式生物。”于涛说，利用酿酒酵母通过乙酸来合成葡萄糖的过程，就像是微生物在“吃醋”，酿酒酵母通过不断地“吃醋”来合成葡萄糖。 “然而，在这过程中，酿酒酵母本身也会代谢掉一部分葡萄糖，所以产量并不高。”于涛表示。 对此，研究团队通过敲除酿酒酵母中代谢葡萄糖的三个关键酶元件，废除了酿酒酵母代谢葡萄糖的能力。之后，实验中的工程酵母菌株在摇瓶发酵的条件下，合成的葡萄糖产量达到1.7g/L。 “我们利用这种生物酿酒酵母‘从无到有’地在克级水平合成了葡萄糖，这代表了该策略较高的生产水平与发展潜力。”于涛说，为进一步提升合成葡萄糖的产量，不仅要废除酿酒酵母的能力，还要加强它本身积累葡萄糖的能力。 于是，研究人员又敲除了两个疑似具备代谢葡萄糖能力的酶元件，同时插入来自泛菌属和大肠杆菌的葡萄糖磷酸酶元件。 于涛表示，泛菌属和大肠杆菌的葡萄糖磷酸酶元件可以“另辟蹊径”，将酵母体内其他通路中的磷酸分子转化为葡萄糖，增加了酵母菌积累葡萄糖的能力。经过改造后的工程酵母菌株的葡萄糖产量达到2.2g/L，产量提高了30%。 新型催化方式有坚实根基 更重要的是，近年来，随着新能源发电的迅速崛起，电力成本下降，二氧化碳电还原技术已经具备与依赖化石能源的传统化工工艺竞争的潜力。 同时，微生物作为活细胞工厂，其优点是产物多样性很高，能够合成许多无法通过人工生产或人工生产效率很低的化合物，是非常丰富的“物质合成工具箱”。比如，在人们常见的白酒、馒头、抗生素等食品药品的加工中，微生物就发挥着重要作用。 “这样，合成葡萄糖和油脂所需要的电力和微生物就有了保障，通过电催化结合生物合成的新型催化方式就有了坚实的根基。”夏川说。 对此，中国科学院院士、中国催化专业委员会主任李灿研究员评价，这项工作耦合了人工电合成与生物合成，发展了一条由水和二氧化碳到含能化学小分子乙酸，然后经工程改造的酵母微生物催化合成葡萄糖和游离的脂肪酸等高附加值产物的新途径，为人工和半人工合成“粮食”提供了新的技术。 “该工作开辟了电化学结合活细胞催化制备葡萄糖等粮食产物的新策略，为进一步发展基于电力驱动的新型农业与生物制造业提供了新范例，是二氧化碳利用方面的重要发展方向。”中国科学院院士、上海交通大学教授邓子新说道。 同时，曾杰也强调，这项成果尚处于实验室的基础研究阶段，如果要推向实用，还需要进一步提高能量效率和产率，降低生产成本。 曾杰表示，接下来，研究团队将进一步研究电催化与生物发酵这两个平台的同配性和兼容性。未来，如果要合成淀粉、制造色素、生产药物等，只需保持电催化设施不改变，更换发酵使用的微生物就能实现。

便携红外线二氧化碳分析仪简介 CEA-800型 促销价：5800元一：用途和使用范围 本仪器主要用于环保,卫生防疫系统监测公共场空气中的CO2浓度，也可用于环保，人防。快速准确地对宾馆，商场，医院，影剧院等公共场所中的CO2浓度进行测定. 本仪器为国内先进的交直流供电便携式红外线CO2分析器，直流用镍镉电池供电，机内设有充电线路。仪器光学部分结构先进，电路部分全部采用进口大规模集成电路。体积小，可靠性高，预热时间短，可使用户工作效率大大提高。 二：主要特点： （1） 线性化输出，数字显示直读浓度。 （2） 内置泵、主动式采样，连续测量。 （3） 交直流两用、操作简便。 （4） 符合国家　GB/T18204.24－2000标准 （5） 铝合金仪器箱，美观坚固。 （6） 内藏式过滤器并可在外部更换。 三：工作原理 本仪器是根据比尔定律和气体对红外线的选择性吸收原理设计而成。采用气体滤波相关（G，F，C）技术和红外探测器。 四：主要技术数据 1：测量范围：0-5000PPmCO2 2：重复性：≤1%F.S 3：预热时间：2分钟 4：响应时间：≤10秒 5：环境温度：0℃-35℃ 6：环境湿度：85%R.H 7：重 量：2 公斤 8：外形尺寸：85 ×165×210mm3 9：:耗电：≤500mA 10：供电：220VAC+10%；9VDC+10% 五：联系方式： 江苏金坛市亿通电子有限公司 邮编：213200 地址：金坛市华城开发区华兴路180号 电话：0519-82616366 82616576 传真：0519-82613699 Http://www.eltong.com E-mail:crh3090@pub.cz.jsinfo.net

近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员肖建平团队与中国科学技术大学教授曾杰团队、电子科技大学教授夏川团队合作，在二氧化碳（CO2）转化制一氧化碳（CO）研究中取得新进展。团队研发出单原子合金催化剂Sb1Cu，实现了CO2高活性、高选择性还原制备CO，并探究了该过程的理论机理。相关研究成果发表在《自然—通讯》上。利用可再生能源实现CO2高效电还原，是减缓温室效应并实现“双碳”目标的重要手段之一。肖建平团队在前期工作中发现了CO2电催化还原制甲酸的双顶点活性趋势，并揭示了单原子合金Pb1Cu电催化CO2还原制甲酸的高活性原因。本工作中，肖建平团队探究了单原子合金催化剂Sb1Cu电催化CO2还原表现出高CO选择性的原因。研究发现，Sb1Cu电催化CO2到CO的活性位为与单原子Sb相邻的Cu位点，并揭示了Sb1Cu相比于Cu可以有效减弱CO*的吸附能，降低CO*的覆盖度，抑制C-C偶联反应，从而提升了CO的选择性。通过电荷外插值法，肖建平团队计算了不同工作电势下的反应能垒，通过微观动力学模拟得到的理论速率也和实验结果有较好的吻合。该研究为设计高活性和特定选择性电催化材料提供了新思路。

据悉，中国科学院大气物理研究所基于低成本中精度温室气体传感器，研究团队成功构建地基—无人机协同碳观测网络（LUCCN），并利用该观测网络对发电厂二氧化碳排放进行了定性和定量研究。相关研究成果在线发表于《大气科学进展》杂志。人为排放的大量二氧化碳留存在大气中，造成全球气候的显著变化。为尽快落实《巴黎协定》，降低气候变化对人类的影响，控制人为碳排放已成为社会各界的基本认识。“然而，由于对城市地区、重点行业的二氧化碳排放情况了解不足，我们目前掌握的全球碳收支情况仍具有很大的不确定性。”论文第一作者、中国科学院大气物理研究所副研究员杨东旭说，考虑到人为排放源具有较高的排放强度和复杂多变性，有必要对大气二氧化碳浓度变化开展密集、高质量的连续探测。为此，来自中国科学院大气物理研究所、中国科学院空天信息创新研究院等单位的多个科研团队紧密合作，在广东省深圳市和广西壮族自治区南宁市先后开展了针对城市地区和重点行业的温室气体地基遥感和无人机综合观测实验。实验中，杨东旭团队构建了一套地基便携设备和无人机飞行阵列协同的碳观测网络，以弥补温室气体探测卫星时空连续性不足的缺憾，形成了针对排放源的立体观测网络。该观测网络由5台地基观测设备和4台无人机设备构成，能够实现空—地协同的温室气体原位探测。杨东旭说：“这些探测设备均采用低成本、高精度的非色散红外传感器对大气二氧化碳浓度进行探测，每台地基观测设备均配备了高精度微型气象站，辅助后续的数据定标和量化分析。”杨东旭表示，新观测网络兼具地基和无人机的探测能力，在探测的时间连续性、空间覆盖度、机动性等方面具有明显优势，极大地提升了探测数据的有效信息含量。

红外二氧化碳分析仪在环境保护领域发挥着重要的作用。作为一种先进的监测设备，它可以快速、准确地测量大气中的二氧化碳浓度，为环境监测提供有力支持。 产品链接https://www.instrument.com.cn/netshow/SH104275/C520219.htm 首先，红外二氧化碳分析仪的监测结果有助于评估大气质量和环境状况。通过对二氧化碳浓度的实时监测，可以了解大气中温室气体的含量，评估温室效应的情况，为制定相应的环保政策提供科学依据。同时，红外二氧化碳分析仪还可以检测其他污染物，如一氧化碳、氮氧化物等，为环境治理提供全面的数据支持。 其次，红外二氧化碳分析仪在环境监测中具有显著优势。它具有高灵敏度和准确性，能够实现快速、准确的二氧化碳浓度测量。这种仪器还具有较长的使用寿命和较低的维护成本，适用于长期、连续的监测任务。同时，红外二氧化碳分析仪还具有较好的稳定性和可靠性，能够在各种恶劣环境下正常工作。 此外，红外二氧化碳分析仪的应用领域也十分广泛。除了环境监测外，它还被广泛应用于工业生产和燃气检测等领域。通过在现场实时监测CO和CO2的浓度，可以及时发现有害气体的存在，并采取相应的措施进行处理。同时，红外二氧化碳分析仪无需试剂，减少了对环境的污染，降低了成本，更为环保。 综上所述，红外二氧化碳分析仪是环境保护领域的重要工具。通过快速、准确地测量二氧化碳浓度，有助于评估大气质量、研究气候变化和制定有针对性的环境保护措施。

二氧化碳被称为温室气体，同时也是碳参与物质循环的主要形式。植物光合作用、生物呼吸作用都有CO₂ 的参与，人类活动也会频繁地接触到二氧化碳。总之，二氧化碳在各行各业都有广泛的应用。另外，它作为大气的重要组成部分之一，在环境质量监测方面，CO₂ 浓度也是十分重要的检测指标。二氧化碳浓度分析要用到气体分析仪，我公司生产的THA100S二氧化碳气体分析仪属于NDIR（不分光）红外线气体分析仪，可用于连续分析混合气体中某种或某几种待测气体组份的浓度。下面来看一下二氧化碳分析仪的技术优势：l MEMS红外光源是电调制的脉冲光源，具有较高的调制频率，满足热释电检测器的特性要求。l 双通道检测器设计，有效提高了仪器稳定性。l 高精度恒温控制，降低了环境温度对仪器测量的影响。l 大气压力补偿，降低了环境大气压力变化对仪器测量的影响。l 隔离的电流环输出和开关量输出，降低外界各种干扰对仪器测量的影响。比较典型的一些工程应用领域：l 化肥化工等工业流程气体分析 l 水泥和冶金行业气体分析l 烟气成分分析（如CEMS）l 科学实验室气体分析l 空分系统过程分析

为了保证二氧化碳培养箱正常运行，避免细胞污染，定期清洁二氧化碳培养箱是必不可少的。按照以下步骤仔细清洁二氧化碳培养箱，有利于减少污染，保持细胞良好生长。 清洁程序NO.1在清洗过程中，操作人员应按实验室规定穿戴个人防护装备（PPE）。NO.2准备清洁过程所需的材料，如温和的肥皂溶液、洗涤瓶装蒸馏水、海绵、干净的布或纸巾、消毒剂和洗涤盘或桶（如果没有水槽）。使用不锈钢清洁剂清洁金属表面，使用玻璃清洁剂清洁玻璃内门表面，请勿使用含氯消毒剂。NO.3将所有样品转移至另一个二氧化碳培养箱或储存在安全的地方。NO.4关闭并拔下设备插头。如果需要，可标记该装置已停用或维修中。NO.5卸下搁板、搁板架、顶部通风系统和增湿盘。NO.6使用温和的肥皂水和海绵彻底清除腔体表面的污垢和残留物，或用合适的消毒剂喷洒到腔体表面和所有拆卸的部件上。按照说明书使用消毒剂，使其充分反应。NO.7请勿将消毒剂直接喷洒在传感器、控制面板和电气面板附近，以防止损坏电气部件。使用浸泡过消毒剂的抹布擦拭控制面板和机身外部。NO.8使用洗涤瓶中的蒸馏水冲洗掉肥皂水或消毒剂，重复两次。难以用洗涤瓶冲洗的部分，可使用湿海绵擦拭。NO.9用干净、无绒毛的布或纸巾擦干所有冲洗过的部件。NO.10用70%乙醇擦拭内部部件和外部表面，并充分干燥。NO.11重新组装设备，并确保设备完全干燥后再进行常规操作。NO.12启动去污/灭菌循环程序。 除了定期清洁二氧化碳培养箱，如何安全地使用二氧化碳培养箱也是很多人心中的一大问题。益世科生物提供专业的售后服务，若您在使用过程中遇到无法自行解决的问题请尽快联系我们，避免不当操作给您的细胞培养工作造成影响。

中国科学技术大学教授高敏锐课题组合成一系列暴露不同铜（100）和铜（111）晶面比例的铜催化剂，发现铜（100）/铜（111）的界面位点相比于单一的晶面展现了显著增强催化碳—碳电化学耦联的性能，对于利用二氧化碳制备多碳燃料具有重要意义。相关成果日前发表于《美国化学会志》。　　电催化二氧化碳还原制备高附加值化学品，是二氧化碳资源化利用的有效手段。近年来，科学界通过电催化二氧化碳制备能量密度高、应用前景广阔的多碳燃料取得很大进展，但其选择性和转化效率仍不尽人意。这主要由于二氧化碳转化为多碳燃料需经历动力学缓慢的碳—碳耦联过程。因此，设计并创制能高效促进碳—碳电化学耦联的催化剂至关重要。　　研究人员利用电化学测试表明，与其他铜催化剂相比，这种新型铜催化剂在电流密度为每平方厘米100毫安至400毫安时，均有利于催化二氧化碳到多碳产物的转化。多碳产物的选择性与铜（100）/铜（111）界面的长度呈现线性相关，证明该界面为催化碳—碳耦联的活性位点。原位拉曼和红外实验证明，在铜（100）/铜（111）界面处，能更好吸附中间体，展现更强的碳—碳耦联能力。理论计算进一步表明，铜（100）/铜（111）界面处电子结构被优化，促进了碳—碳耦联动力学。　　该项研究发现了铜原子排列变化形成的特定界面结构能更高效地催化碳—碳耦联，降低多碳产物形成过程中的关键步骤能垒，这一成果对于二氧化碳制备多碳燃料的电化学升级利用具有重要意义。　　相关论文信息：https://doi.org/10.1021/jacs.1c09508

8月27日，神华集团二氧化碳捕获与封存全流程项目(CCS)在内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗开工建设。据中国神华煤制油化工有限公司党委书记林长平介绍，这是我国首个CCS项目，也是此类项目在发展中国家第一次得到开发，投入使用后将是亚洲规模最大的同类工程。　　“一期工程总造价约为2.1亿元，将在今年年底开始进行二氧化碳试注入，预计每年可减少10万吨的二氧化碳，相当于4150亩森林吸收的二氧化碳量。”林长平表示，尽管目前暂时看不到直接的经济效益，但是启动这项工程，是响应中央加快转变经济发展方式的实践，也是应对全球变暖、履行企业和公民义务的实践。　　据了解，在中国，有80%的二氧化碳排放来自于燃煤。我国在联合国气候变化峰会上承诺，到2020年中国单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%到45%。神华集团CCS全流程项目，将为我国提供二氧化碳处置的技术支持，走出一条全新的环保型的发展低碳能源经济的道路，也是中国建设煤基低碳能源系统作出的积极探索。

近日，中国科学院院士、中科院大连化学物理研究所纳米与界面催化研究组研究员包信和与研究员汪国雄、高敦峰团队，在二氧化碳/一氧化碳电解制备燃料和化学品研究中取得新进展。该研究揭示了碱性膜电解器中二氧化碳/一氧化碳电催化还原反应覆盖度驱动的选择性变化机制，并组装出千瓦级电堆，为二氧化碳/一氧化碳电解的实际应用提供了参考。 　　二氧化碳电解反应利用可再生能源产生的电能将二氧化碳转化为高附加值燃料和化学品，是近年来快速发展、颇具应用前景的负碳技术。乙烯、乙酸和乙醇等多碳产物具有较高的能量密度和市场需求，是理想的电解产物。然而，在工业级电流密度下高选择性生成多碳产物仍存在挑战。 　　本工作基于钢铁工业排放出大量的二氧化碳/一氧化碳混合废气这一现状，通过改变进料气组成来调变碱性膜电解器阴极氧化铜催化剂的微环境，实现了在工业级电流密度下高效二氧化碳/一氧化碳电解制备多碳产物。随着进料气中一氧化碳压力的增加，电解主产物逐渐由乙烯转变为乙酸，且电流密度显著增加。在0.6 MPa CO条件下，乙酸法拉第效率为48%，总电流密度达到3 A cm-2。机理研究表明，产物选择性变化受到*CO覆盖度和局部pH值影响，低*CO覆盖度时优先生成乙烯，高*CO覆盖度和高局部pH值利于乙酸的形成。在优化的电解条件下，多碳产物的法拉第效率和分电流密度分别达到90.0%和3.1 A cm-2，对应于100.0%碳选择性和75.0%收率，优于热催化CO加氢反应。为进一步验证电解过程的可行性，该团队组装了4节100 cm2的碱性膜电堆，其电解功率最高达到2.85 kW，在总电流为150 A时，乙烯的生成速率为457.5 mL min-1；在总电流为250 A时，乙酸的生成速率为2.97 g min-1。该研究不仅为单一多碳产物的定向生成提供了重要参考，而且为二氧化碳/一氧化碳电解从实验室走向实际应用奠定了技术基础。 　　相关研究成果以Coverage-driven selectivity switch from ethylene to acetate in high-rate CO2/CO electrolysis为题，发表在《自然-纳米技术》(Nature Nanotechnology)上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项(A类)“变革性洁净能源关键技术与示范”等的支持。大连化物所揭示高效二氧化碳/一氧化碳电解反应的选择性变化机制

p style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201602/insimg/009dbb2b-dcad-4c6c-a748-bbe3782ca888.jpg" title="20160202025715fd084_550.jpg"//pp　　这几天的天气相对来说略有好转，但也只能说是略有，稍微穿得薄一点，依然是冷得不要不要的。而我们都知道，造成这种极端天气的原因基本已经找到了，就是由于a style="color: rgb(255, 0, 0) text-decoration: underline " title="" target="_self" href="http://www.instrument.com.cn/application/SampleFilter-S02004-T065-3-1-1.html"span style="color: rgb(255, 0, 0) "strong二氧化碳/strong/span/a过多所造成的温室效应导致的。而如果想要良好的控制这些二氧化碳含量的话，首先，需要了解具体的二氧化碳分布。而现在，我国打算就此开展研究，并计划于今年 8 月发射第一颗自制的专门用于监测二氧化碳的卫星。/pp　　据悉，为有效掌握全球二氧化碳分布情况，“十二五”国家 863 计划设置了“全球二氧化碳监测科学实验卫星与应用示范”重大项目(简称“碳卫星”)。目前中国首颗“碳卫星”载荷研制已进入冲刺阶段，卫星将于 2016 年 5 月正式出场，并于 2016 年 8 月发射。/pp　　而本次发射的卫星将以二氧化碳遥感监测为切入点，研制并发射以高光普二氧化碳检测仪，多谱段云与气溶胶探测仪为主要载荷的高空间分辨率和高光谱分辨率全球二氧化碳监测科学实验卫星。它存在的意义就是，将为全球解决温室效应和碳排放以及其带来的直观影响提供有效，具体的数据。/pp　　而该工程共分为卫星系统，运载火箭系统，发射场系统，测控系统和地面应用系统五个部分。一旦成功的话，我国在气候峰会和环境外交等方面就将得到重要的支撑，也能够在这些事件上处于更加主导的地位。/p

由大连工业大学和光明化工研究设计院共同完成的“超临界二氧化碳无水染色技术与工程化设备”和“散纤维及成衣制品无水染色”项目日前通过鉴定。专家组认为该项目改变了以水为溶剂的传统染色工艺，实现了无污染、零排放的清洁化生产，是一项全新的染色技术。据预测，该成果推广后，染色行业年节水将达10亿～15亿立方米。　　传统的染色主要以水为介质，耗用大量的水资源，每染色1吨纤维，大约消耗30～50吨水。据有关资料，我国纺织染整业日排放量3×107～5×107立方米，年达20亿立方米。　　二氧化碳在温度≥31.06℃、压力≥7.39MPa的时候，会达到超临界状态，在超临界范围内的物质既不是气体，也不是液体，兼具气体和液体的双重特性。超临界二氧化碳能溶解染色剂，并能在染色程序完成后迅速挥发。这一特性可应用于染色技术，且具有选择性好、无毒、易分离、无残留、价廉易得的特点。从2001年起，大连工业大学率先在国内对天然纤维进行了超临界二氧化碳无水染色技术的研究。　　为了进一步开发无水染色技术，大连工业大学同光明化工研究设计院开展合作，2005年双方共同研制了适于天然纤维的超临界二氧化碳无水染色实验装置。在小试试验获得成功的基础上，合作双方2009年研制了具备中试生产规模的工程化设备，在散纤维和成衣艺术染色方面具备了产业化条件。　　据项目负责人大连工业大学教授郑来久介绍，研制开发的超临界二氧化碳染色工业化示范装置，采用了大流量内循环系统，染色釜具有内染和外染的功能，染色系统具有快开联锁安全保护功能，采用了PLC控制，能满足多种纺织品的染色需要，具有上染率高、色牢度好、工艺流程短、占地面积小、染料和二氧化碳可循环使用的特点，提供了工程化生产放大的依据 同时，将扎染技术与超临界二氧化碳染色技术相结合，实现了成衣制品艺术染色，研发了天然色素萃取染色一步法新工艺，可满足小批量多品种的生产要求。

近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员肖建平团队和南京大学研究员钟苗团队合作，在二氧化碳转化研究方面取得新进展。团队通过合金化策略增加了电化学还原CO2反应中关键中间体的不对称吸附从而改善C-C耦合活性，最终实现C2+产物法拉第效率达91±2%，其中乙烯为73±2%。相关成果发表在《自然-通讯》上。二氧化碳是一种重要的温室气体，对气候变化的负面影响不容忽视。电化学还原CO2制备高附加值化学品或燃料，是解决环境和能源可持续性问题的一种前景方法。但CO2利用效率和还原选择性控制仍然具有挑战性。本工作中，肖建平团队基于自主开发的图论和反应相图分析算法，根据全局能量最优准则筛选出活性曲线顶点的CuZn合金催化剂，并预测其具有增加C2+产物选择性的潜力。实验制备的纳米多孔Cu0.9Zn0.1高选择性催化剂在弱酸性（pH=4）电解质中C2+单程产率为31±2%，CO2单程利用率超过80%。该催化剂提供了丰富的CuZnZn和CuZnCu位点，具有不对称的CO吸附能，对于提高CO2的电催化转化至关重要。研究发现，CO在锌上的吸附比铜弱，将CuZn合金化可使表面二元位点具备不对称的CO吸附能力，从而提高C-C偶联反应活性，有效促进了CO2到C2+的还原。

p style="text-indent: 2em "二氧化碳是一个典型的“双面间谍”：一方面它能帮助土壤固碳，另一方面又会加剧温室效应。它究竟“是正是邪”，这成为了一道困扰全球变化研究领域多年的难题。记者9日从南京农业大学获悉，邹建文课题组通过观测计算，揭示了陆地生态系统碳氮过程对大气二氧化碳浓度升高的响应强度及其驱动机制，其论文发表在最新一期国际学术期刊《生态学快报》上。/pp style="text-indent: 2em "大气二氧化碳、甲烷和氧化亚氮等温室气体浓度升高是全球变化的主要驱动因子。大气二氧化碳浓度的升高一方面能促进陆地生态系统光合产物积累，增加土壤碳储量，形成土壤的固碳效应（A）。另一方面，又会增加陆地生态系统甲烷和氧化亚氮等温室气体排放，加剧温室效应（B）。那么，大气二氧化碳浓度升高背景下，A与B分别是多少？/pp style="text-indent: 2em "邹建文告诉记者，若A小于B，则陆地生态系统对气候变化呈现正反馈，温室效应将进一步加剧；若A大于B，则呈现负反馈，大气温室效应将减缓；若A等于B，两者相互抵消，反馈效应呈中性。/pp style="text-indent: 2em "课题组通过全球1655组观测数据发现，大气二氧化碳浓度升高导致陆地生态系统温室气体甲烷和氧化亚氮的年排放量增加了27.6亿吨二氧化碳当量，超过了土壤有机碳库增量（24.2亿吨二氧化碳当量），相当于每年陆地生态系统植被和土壤固碳总增量（39.9亿吨二氧化碳当量）的69％。/pp style="text-indent: 2em "因此，大气二氧化碳浓度升高背景下陆地生态系统温室效应很大程度上抵消了固碳效应。论文第一作者南农大资环院刘树伟副教授称：“综合二氧化碳本身的温室效应及其驱动的陆地生态系统对气候变化的反馈效应两方面来说，二氧化碳在大气中还是扮演着‘反角’。”/p

酶生产流程中的关键测量酶产生于发酵这一生物工艺流程。发酵过程中的精确监测至关重要，首先要做的就是测量发酵液的 pH 值、温度、氧气溶解量和二氧化碳浓度。在废气中测量氧气和二氧化碳的浓度。气体温度通常为 25 °C-30 °C，相对湿度约为 100%。由于人们需要用氨来控制发酵液的 pH 值，废气中也可能含有氨。通过持续监测 CO2 掌控工艺流程此外，还要测量吹入发酵罐的新鲜空气的湿度。环境如此苛刻，需要可靠的测量仪表。监测酶生产流程中的 CO2 浓度，以获得该流程状态。CO2 浓度是霉菌或细菌新陈代谢活动的指标，将用于控制在生产流程中补充营养的节奏。浓度是否恰当取决于微生物菌株和发酵工艺流程本身，因此，人们需要积累经验才能掌握补充营养的时机。要保持发酵过程顺利进行，就必须确保向生物反应器罐提供足够的新鲜空气。通常，废气是在辅助线路测量，这样可以去除废气中的泡沫或多余水汽等干扰因素。酶生产流程中的二氧化碳浓度通常为 0-5%，而在特殊情况下，经过测量，浓度甚至高达 10%。在霉菌发生反应的发酵过程中，二氧化碳浓度通常约为 1% 或 2%。废气中的氧气浓度也取决于新陈代谢。通常，在新陈代谢中消耗的 O2 和这一过程中产生的 CO2 一样多。CO2 的释放量与 O2 的消耗量之比为呼吸商 (RQ)。针对湿度和二氧化碳浓度的可靠测量能够精简发酵工艺流程使用维萨拉湿度仪表可以对吹入生物反应器的新鲜空气的湿度进行可靠测量。可以使用维萨拉 CARBOCAP® 二氧化碳探头 GMP251 监测二氧化碳浓度。维萨拉仪表准确可靠，无需过多的维护，有助于大大缩短发酵过程中的停机时间。❖ CO₂ 探头 GMP251用于生命科学培养箱、冷库设施和要求苛刻的应用中的百分比级别二氧化碳测量维萨拉 CARBOCAP® 二氧化碳探头 GMP251 是一款智能、独立的百分比级别探头，用于测量生命科学培养箱、冷库设施、果蔬运输和要求苛刻的应用中的 CO2，以上领域均需要稳定和精确地测量百分比级别的 CO2。工作温度范围为 -40 到 +60 °C 并且测量范围为 0 至 20% 的 CO2。GMP251 基于维萨拉第二代 CARBOCAP® 技术，性能稳定。它使用一种红外 (IR) 光源来代替传统的白炽灯泡光源，这延长了 GMP251 的使用寿命。它具有 CO2测量的全温度和压力补偿 – 用于补偿目的的集成温度测量。给传感器探头加热以防止冷凝。通过 RS-485 的数字输出：Modbus 与维萨拉工业协议。产品中均配有校准证书。

编者注：如何理解这一突破的意义呢？中新网如此评价：“继上世纪60年代在世界上首次完成人工合成结晶牛胰岛素之后，中国科学家又在人工合成淀粉方面取得重大颠覆性、原创性突破——国际上首次在实验室实现二氧化碳到淀粉的从头合成。”各位网友对此前景展开了脑洞大开的想象：首先，是对农业的影响，人工合成代替自然生产，粮食生产不再受限于土地面积。其次，碳中和问题，困扰全球的全球变暖有望通过这一途径得到解决。最后，宇宙探索，三位宇航员的吃播场面让我们大开眼界，但长期宇宙探索的食物供应仍是待解决的问题，这一突破可以解决二氧化碳充裕地区的食物供应问题，如火星、金星等。近期，中科院天津工业生物技术研究所在淀粉人工合成方面取得重大突破，国际上首次在实验室实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。成果于9月24日在国际学术期刊《科学》上发表。淀粉是粮食最主要的成分，也是重要的工业原料。记者了解到，目前，人类使用的淀粉主要由玉米等农作物通过自然光合作用固定二氧化碳生产。由于淀粉合成与积累涉及约60步代谢反应以及复杂的生理调控，理论能量转化效率仅为2%左右。“农作物通过自然光合作用固定二氧化碳生产淀粉需要较长的生产周期和较大种植面积，需要使用大量土地、淡水等资源以及肥料、农药等农业生产资料。如果能设计人工生物系统，不依赖植物从二氧化碳合成淀粉，将是影响世界的重大颠覆性技术。”天津工业生物技术研究所所长马延和告诉记者。科研团队乔婧科研助理、蔡韬副研究员、马延和研究员、朱蕾蕾研究员、孙红兵科研助理（从左至右）在中国科学院天津工业生物技术研究所实验室合影（9月16日摄）。新华社记者 金立旺 摄研究团队采用了一种类似“搭积木”的方式，联合中科院大连化学物理研究所，利用化学催化剂将高浓度二氧化碳在高密度氢能作用下还原成碳一（C1）化合物，然后通过设计构建碳一聚合新酶，依据化学聚糖反应原理将碳一化合物聚合成碳三（C3）化合物，最后通过生物途径优化，将碳三化合物又聚合成碳六（C6）化合物，再进一步合成直链和支链淀粉（Cn化合物）。记者了解到，这一人工途径的淀粉合成速率是自然界中玉米淀粉合成速率的8.5倍。研究所副研究员、论文第一作者蔡韬表示，这一人工途径突破了传统植物低密度光能固碳转化的局限，使高效固定二氧化碳高效合成淀粉成为可能，为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础。据蔡韬介绍，在计算设计的人工途径中，获得碳一到碳三化合物直接聚合的生物酶催化剂是成功构建这条途径的核心关键。为此，研究团队从头设计构建了非自然碳碳缩合酶，实现了C1到C3化合物的直接聚合。进一步，研究团队从动物、植物、微生物等31个不同物种来源挖掘合适的生物酶催化剂，构建了一条只有11步主反应的人工合成淀粉途径，实现了从二氧化碳到淀粉的从头合成，将天然淀粉的羧化-还原-重排-聚合的复杂合成过程简化为人工淀粉的还原-聚合的合成过程，显著降低了合成的复杂度。这一设想也成为天津工业生物技术研究所瞄准的前沿方向。2015年，研究所以项目制模式布局二氧化碳到淀粉人工合成的攻关任务。几年时间里，研究团队从头设计了一条只需11步主反应的非自然二氧化碳固定与淀粉合成新途径，在实验室中首次实现了从二氧化碳到淀粉分子的全合成。在中国科学院天津工业生物技术研究所实验室，科研人员展示人工合成淀粉样品（9月16日摄）。新华社记者 金立旺 摄由于缺少自然途径长期的进化过程，研究中面临的另一难题是不同物种的生物酶催化剂难以适配。针对这个问题，研究团队开发了模块组装优化与时空分离反应策略，通过别构调控优化、顺序分步反应创建，解决了人工途径中底物竞争、产物抑制、热/动力学匹配设计等问题，获得淀粉合成速率和效率显著提升的人工途径，实现直链淀粉和支链淀粉的可控合成。“按照目前的技术参数，在能量供给充足的条件下，1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于5亩土地的玉米淀粉年平均产量，为淀粉生产的车间制造替代农业种植提供了一种可能。如果未来该系统过程的成本能够降低到具有经济可行性，将可能节约90%以上的耕地和淡水资源，避免农药、化肥等对环境的影响。”蔡韬告诉记者。这一成果得到国内外领域专家的高度评价，认为该工作是“典型的0到1的原创性突破”，不仅对未来的农业生产、特别是粮食生产具有重要影响，也对全球生物制造产业的发展具有里程碑式的意义。