你知道吗？空气中仅0.04%的CO₂，也能被“抓”出来直接变成燃料！我国上海交通大学团队最新研究显示，通过研发新型双功能材料（DFMs），可实现从空气中捕获CO₂并原位转化为甲烷、甲醇等燃料，转化率超95%，捕碳容量达7 mmol/g，为全球碳减排提供“一站式”解决方案。相关成果近日发表于《Frontiers of Energy》。

传统捕碳像“拆快递”，新型材料实现“即拆即用”

当前全球大气CO₂浓度已达420 μmol/mol，直接空气捕集（DAC）技术被视为负碳关键手段。但传统DAC需先捕集CO₂，再压缩、运输到转化工厂，流程像“拆快递后再寄快递”，能耗占总成本的60%以上。

“双功能材料就像‘智能捕碳工厂’，一边从空气中抓CO₂，一边直接把它变成燃料。”研究团队解释，DFMs整合了吸附剂和催化剂，无需CO₂分离步骤，在同一反应器中完成“捕集-转化”闭环。例如，NiCa基DFMs以Ca(OH)₂为吸附剂、Ni为催化剂，25℃下捕获CO₂，450℃时与H₂反应生成甲烷，全程无需额外能耗再生材料。

三种“捕碳利器”：固体、液体、非热转化各显神通

团队系统梳理了IDACU（集成直接空气捕集与原位转化）技术路线，核心突破在于材料创新：

• 固体DFMs“效率之王”：NiCa基DFMs表现突出，CO₂捕获容量超7 mmol/g（是传统Ru基材料的3倍），甲烷转化率超95%，循环使用250小时性能稳定。其秘诀在于Ca(OH)₂强碱性吸附CO₂，Ni催化剂加速加氢反应，像“强力磁铁”吸附CO₂后，“催化剂工人”立刻将其加工成燃料。
• 液体吸附剂“灵活选手”：KOH溶液等液体吸附剂通过“溶解-反应”捕碳，搭配Cu/ZnO催化剂可制甲醇，转化率达90%。但需解决催化剂分离难题，目前通过“溶剂辅助”技术，在170-200℃即可高效转化，能耗降低30%。
• 非热转化“绿色先锋”：光催化、电化学等技术无需高温，如CuCoAl层状材料在34-37℃下，可将CO₂转化为CO和甲酸，还能利用太阳能驱动，像“太阳能捕碳器”，为低碳能源系统提供新思路。

从实验室到产业化：还需跨过“三道坎”

尽管成果显著，IDACU技术仍处早期阶段。论文指出三大挑战：一是材料稳定性，部分DFMs在高温下会释放未反应CO₂，如Na₂O基材料转化率仅80%；二是成本控制，贵金属Ru催化剂价格高昂，非贵金属Ni基材料虽成本降低60%，但活性仍需提升；三是规模化难题，现有反应器处理量小，需开发“空气接触器”等大型设备。

团队展望，未来将聚焦“材料-工艺-设备”协同优化，例如通过掺杂MgO、CeO₂等助剂提升DFMs稳定性，开发膜分离与DFMs耦合系统，目标2030年实现吨级CO₂转化成本降至300美元以下。

来源: FIE能源前沿期刊