一、减少温室气体排放研究的新成果
（一）研究温室气体的新信息
1．研究温室气体种类的新发现
发现一种可能会长期存在的温室气体。[64]2014年1月，《卫报》报道，加拿大多伦多大学化学系安吉拉·洪等人组成的一个研究小组发现，一种称为全氟三丁胺(PFTBA)的物质，也是温室气体，该气体100年内使地球变暖的效应，是二氧化碳的7100倍。而这种工业化学品，目前没有受到监管，它在大气中可长期存在。这项研究发表在《地球物理研究快报》上。
全氟三丁胺自20世纪中叶开始，就一直在电机行业中被使用。安吉拉·洪说：“我们认为全氟三丁胺是在大气中被检测到的辐射效率最高的分子。”研究发现，在超过100年的时间跨度中，全氟三丁胺使地球变暖的效应要比二氧化碳强7100倍。
全氟三丁胺在大气中的实际浓度很低，以多伦多地区为例，它只有每百万亿分之十八，二氧化碳则是万分之四。美国国家航空航天局戈达德空间研究所气候学家德鲁博士说：“这是一个警告，提示这种气体可能对气候变化产生一个相当大的影响。既然目前它在大气中的含量还不是很多，可以不必对其特别担心，但是必须确保它在数量上不会增长，不至于成为全球变暖的一个非常大的担忧。”
从气候变化的角度来看，化石燃料排放的二氧化碳，依然是最大的罪魁祸首。但全氟三丁胺在大气中是“长寿”的。研究人员估计，它在大气中可以存在约500年，而且不像二氧化碳那样可以被森林和海洋吸收。目前，地球上还不知道以怎样自然的方式，能把它扫除掉。
对此，研究人员提出，应该重视工业生产过程中其他化学物质影响气候问题的研究。自从20世纪中叶以来，晶体管和电容器等各种电气设备当中，都在使用全氟三丁胺等多种化学物质，这些物质对大气的影响仍然是未知的。安吉拉·洪指出：“全氟三丁胺只是众多工业化学品中的一个，但目前还没有控制其生产、使用或排放的政策，也没有任何类型的气候政策将其纳入监管。”
2．研究温室气体排放惯性的新发现
发现温室气体排放停止时仍可能有惯性升温。[65]2022年6月6日，美国华盛顿大学米歇尔·达沃拉克等专家组成的研究小组，在《自然·气候变化》杂志发表的一项模型研究表明，即使温室气体排放停止，世界依然有较大可能走上比工业革命前升温1.5℃的道路。这提醒人们需要立即采取行动，以免惯性到达升温峰值。
温室气体的大气存留时间，决定其在排放终止之后继续发挥影响的持久程度。因此评估限制全球升温达到《巴黎协定》目标的可能性，需理解过去排放造成的尚未实现的升温。
该研究小组此次利用一个基于排放的气候模型，在现有及替代性排放减缓路径下，理解2021～2080年之间的惯性升温。
研究表明，如果排放立即停止，世界仍有42%的可能将惯性升温超过1.5℃，但仅有2%的可能会超过2℃。如果等2029年后才开始削减排放，会将惯性升温1.5℃的可能增至66%。这一研究凸显人们需要采取急迫的缓解措施，避免未来气候因惯性而达到更高水平升温。
3．研究温室气体浓度的新发现
发现温室气体浓度和海平面高度均创纪录。[66]2022年8月31日，美国国家海洋和大气管理局网站，当天发布的《年度气候状况报告》显示，2021年地球大气中温室气体浓度和海平面均创下新高度，表明尽管人们在努力遏制温室气体排放，但气候变化趋势仍未减缓。
美国国家海洋和大气管理局局长里克·斯宾拉德说：“本报告中提供的数据清楚地表明，气候变化具有全球影响，而且没有减缓的迹象。2022年，许多区域遭受了千年一遇的洪水、异常干旱以及历史性高温，这表明气候危机不是未来的威胁，而是我们今天必须解决的问题。”
报告指出，2021年大气中温室气体浓度为414.7ppm（1ppm为百万分之一），比2020年高2.3ppm。这一浓度，根据古气候记录，至少在过去100万年中是最高的。此外，地球的海平面连续第十年上升，创下比1993年卫星测量开始时的平均水平高出97毫米的新纪录。
报告称，2021年是自19世纪中期有记录以来最热的6年之一。这一年，热带风暴引起广泛关注，包括12月在菲律宾造成近400人死亡的台风“雷”和席卷加勒比海的“艾达”，后者成为继卡特里娜之后袭击路易斯安那州的第二大飓风。随着全球变暖，热带风暴数量预计会增加。
还有一些比较引人注目的其他反常事件，如日本京都樱花季去年3月26日进入全盛绽放期，它是自1409年有记录以来最早的一次。日本气象厅一名官员称，这很可能是全球变暖现象的影响。
此外，据美国有线电视新闻网7月20日报道，受近期欧洲多国遭遇罕见高温天气影响，覆盖世界第一大岛格陵兰岛的冰盖正在大面积融化，已经融化到危险的程度，即使未来全球气温不再上升，也将对全球数亿人产生重大影响。
（二）减少温室气体排放的新举措
1．研究减少甲烷气体排放的新方法
⑴建立旨在减少家畜甲烷气体排放的“甲烷室”。[67]2005年2月2日，美国“每日科学”网站报道，为了解决家畜排放出大量甲烷气体的问题，一种新型的“甲烷室”在澳大利亚应运而生。它有望帮助澳大利亚本国从牛羊排放的大量甲烷气体中解脱出来，同时也可以减轻温室效应引起的全球变暖现象。
澳大利亚联邦科学和工业研究组织，家畜产业部的科学家们，一直致力于减少家畜排放甲烷气体的研究。近日，他们建立了4个“甲烷室”。它们就像4间透明的小卧室，研究者可以通过它们，准确地测出家畜在24小时里连续排放出的甲烷量。目前，这些“甲烷室”，已经在一项旨在减少甲烷气体排放的试验中，有效运转了4个多月。
这项研究的负责人丹尼斯·赖特博士表示，这种新型的“甲烷室”，与以前在家畜身后附上一个大桶来测量甲烷排放量比较，无疑是一个明显的进步。他说：“在这里，家畜（羊）可以看到自己的同类和研究人员，这样它们的压力才会更小，行动才会更自然。家畜的进食也不会因此而受到影响。”
赖特博士还表示，这种“甲烷室”具备的户外系统，可以让研究者，不受间断地随时记录下家畜排放的甲烷量，同时这种方法也更精确，效率也更高。报道说，这种新型的“甲烷室”还将被更广泛地用在其他研究项目中。
以前曾有研究显示，牛、羊等动物会排放出甲烷气体，而甲烷与其他物质燃烧后所产生的废气，则会加重温室效应，对地球的大气环境构成威胁。目前世界上共有大约10.5亿头牛和13亿只羊，它们所排放的甲烷，占全世界甲烷排放量的五分之一。
2002年的一份统计资料显示，在澳大利亚的温室气体中，甲烷占14％，而在新西兰，这一比例竟然高达50％。尽管其他国家的温室气体主要来自工业和汽车排放，但是这两国的温室效应，却应归咎于成千上万头牛羊排放的甲烷。澳大利亚有关部门说，该国每年由牛羊排放的甲烷有6000万吨。
对此，赖特博士也表示：“牛羊等家畜排放的甲烷气占澳大利亚人造温室气体的12％之多，所以致力于减少甲烷排放量的研究工作非常重要。”
⑵利用消化道内菌群减少牛羊的甲烷气体排放。[68]2009年4月6日，澳大利亚联合新闻社报道，澳大利亚将启动一项利用袋鼠消化道内的菌群，减少牛羊甲烷排放的研究计划。
甲烷是一种温室气体。澳大利亚昆士兰州州政府基础工业部长蒂姆·马尔赫林，当天发表声明说，很多人没有意识到，牛羊排出了大量甲烷，对地球的气候造成影响。
马尔赫林说，昆士兰州将研究能否把袋鼠消化道内的菌群移植到牛羊体内，利用该菌群产生甲烷量较少的特点，降低牛羊的甲烷排放。昆士兰州将为此拨款71万美元，整个研究项目为期3年。
据专家介绍，袋鼠菌群之所以可能帮助降低牛羊的甲烷排放，是因为把它们移植到牛羊消化道内后，将会杀死牛羊消化道内原先大量产生甲烷的细菌，并取而代之。
2．研制回收温室气体的新材料
开发出能同时回收两大温室气体的超级催化剂。[69]2017年11月，英国萨里大学科学家汤姆斯·瑞纳主持的一个研究团队，在《应用催化B：环境》杂志上发表论文称，他们研发出一种高性价比的超级催化剂，可同时回收导致全球气候变暖的两大温室气体：甲烷和二氧化碳，有望取代现有碳捕获技术，为抑制全球碳排放带来实际效果。
最近，在德国波恩召开的联合国气候变化会议上，“全球碳计划”发布研究报告说，化石燃料与工业生产导致的二氧化碳排放，打破过去3年零增长局面，2017年出现回升，预计将比2016年增加两倍。专家们认为，全球能源模式从化石燃料转移到低碳或零排放清洁能源，速度太慢，避免21世纪末全球气温升幅达到2℃已经非常困难，而实现1.5℃升幅的目标更是遥不可及。
现有碳捕获技术虽然可以普及，但成本太过高昂，且大多数技术要求满足各种极端条件，才能保证成功。该研究团队通过向功能强大的镍基催化剂，加入锡和二氧化铈，获得一种新的超级催化剂，可把二氧化碳和甲烷转变成一种人工天然气，用作生产燃料和各种化学产品的原材料。
瑞纳表示，气候科学家一直追寻的目标，就是找到方法逆转有害气体对大气的伤害，而新型超级催化剂，不仅能去除这些有害气体，更能一次性将它们转变成再生燃料，可谓一举两得。他说：“这样回收二氧化碳，是一种可替代传统碳捕获技术的可行性选择，将对地球健康带来实际效果。”研究团队已经申请了专利，并在寻求合作伙伴，期望尽快利用这一技术创造改变世界的巨大价值。
3．研制减少温室气体排放的新材料
开发出减少温室气体排放的固态制冷剂。[70]2022年8月23日，国外媒体报道，近日在美国化学学会秋季会议上，哈佛大学一个研究团队发表研究报告称，他们正在研制有朝一日可取代现有空调的原型设备，它更加环保，并使用固体制冷剂来有效地冷却。
现有空调系统中使用的制冷剂，造成的温室效应比二氧化碳强数千倍，并且在处理或处置时可能会意外泄漏。传统的制冷系统，通过使制冷剂在气体或液体之间循环来工作。尽管这个循环是有效的，但对气候变化的担忧和对氢氟烃制冷剂更严格的监管，正在促使人们寻找对环境更负责任的制冷剂。
固体制冷剂被认为是一个理想的解决方案。与气体不同，固体不会从空调装置泄漏到环境中。一种固体制冷剂的工作原理与传统气液冷却系统相似，其使用压力变化来进行热循环，材料仍是固体，但内部分子结构发生了变化。研究人员称，分子链从有序结构转变为松弛结构的过程就像熔化蜡，当压力释放时，材料重新吸收热量，完成循环。
然而，这种系统的缺点是需要昂贵的专用设备，这对于现实世界的冷却应用来说并不实用。该研究团队报告了一种可在低得多的压力下用作制冷剂的气压材料。这种被称为金属卤化物钙钛矿的制冷剂，能在大约每平方英寸2722公斤的压力下循环，是典型液压系统可工作的压力。
研究团队已建造了首个原型，展示了这些新材料在实际冷却系统中的使用。该设备具有3个主要部分。一部分是装有固体制冷剂和惰性液体（水或油）的金属管；该装置的另一部分是向液体施加压力的液压活塞；最后，液体有助于将该压力传递给制冷剂，并有助于将热量带入系统。
在解决了工程挑战后，研究人员表明，气压材料可作为功能性制冷剂，将压力变化转变为完整的温度变化循环。这是第一个使用依赖压力变化的固态制冷剂工作的冷却系统，表明固态制冷剂可成为当前空调和其他冷却装置的可行替代品。
4．完善温室气体排放的监测评估系统
建成我国首个温室气体观测网。[71]2021年12月18日，有关媒体报道，中国气象局当天发布我国第一份国家温室气体观测网名录，这标志着经过近40年建设，我国首个温室气体观测网终于建成。此举将进一步丰富我国地面气象观测站布局，提升气候变化监测评估能力，持续为我国碳达峰、碳中和行动成效科学评估与碳排放核算提供数据支撑。中国气象科学研究院张小曳院士说：“这将是一张影响深远的观测网。”
温室气体是引起气候恶化最主要的大气成分。本次发布的观测网名录包含60个覆盖全国主要气候关键区、并以高精度观测为主的站点，由国家大气本底站、国家气候观象台和国家及省级应用气象观测站（温室气体）等组成。其观测要素涵盖《京都议定书》中规定的二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫和三氟化氮等7类温室气体。
在温室气体监测领域，定标尤为重要。中国气象局还建立了国内第一家具备7类温室气体标校能力的温室气体实验室，其定标结果已成为国内各类温室气体观测溯源的“标准尺”，辐射气象、环境、海洋等多个部门。
报道还指出，2021年以来，中国气象局依托长序列数据和专业人才队伍，成立了国家级温室气体及碳中和监测评估中心，在多个省份设立分中心，建成我国碳中和行动有效性评估系统，准确区分全球、区域、城市等不同尺度的自然碳通量和人为碳通量，为实现“双碳”目标贡献力量。
二、减少二氧化碳排放研究的新成果
（一）探索二氧化碳浓度变化的新信息
1．研究二氧化碳浓度增加影响的新发现
发现二氧化碳含量增加会使农作物减少养分。[72]2014年5月，一个澳大利亚环保专家参加，其他成员来自美国和日本等国的国际研究小组，在《自然》杂志发表研究成果说，大气中二氧化碳含量增加，会使小麦、大米等主要农作物养分减少，进而影响民众健康。
研究人员表示，二氧化碳排放导致全球变暖，不仅会降低农作物产量，还可能减少其营养成分。他们在澳大利亚、美国和日本等国的实验田中，种植了41种农作物，研究大气中二氧化碳含量，对不同农作物营养有何影响。结果发现，二氧化碳增加，会普遍降低这些农作物的营养价值。按照目前大气中二氧化碳的增加趋势，到本世纪中叶，大米、小麦、大豆等主要农作物中锌、铁和蛋白质的含量最多可减少10%。
研究人员说，新研究表明，二氧化碳排放增多不只会使农作物产量减少，还会降低其营养，这将在很大范围内影响人类健康。研究人员认为，除了加强研发对二氧化碳耐受性强的作物，更应从根本上减少二氧化碳排放量。
2．研究二氧化碳浓度波动原因的新进展
揭开北极二氧化碳浓度波动的原因。[73]2016年1月21日，俄罗斯一个探索北极环境变化的研究团队，在《科学》杂志网络版发表论文称，他们用计算机模拟分析了北极地区的长期变暖情况，这种现象已经导致北极大片地区植物增长，从而揭开二氧化碳浓度为什么会随着季节变化呈现波动的谜底。此次模拟通过使用卫星观测数据校准。
研究人员说，长期观测显示，从20世纪80年代初期开始，北极地区绿色植物面积在日益增多，俄罗斯东部的苔原区就是如此。这与二氧化碳的季节性变化直接相关：春季和夏季，当绿色植物生长茂盛时，会吸收温室气体；当秋季树木凋零，其中一些温室气体会返回到大气层。但是，研究人员并不清楚，从20世纪60年代起，北极高纬度地区的二氧化碳浓度在夏季和冬季为何会大量增加，在一些地区这种波动甚至增加了25%。
研究团队的文章报告说，假设该模型中并未包含气候变化的影响，北极高纬度地带二氧化碳水平的季节性显著变化就会消失。研究人员表示，现在由新植被(包括侵占原苔原带的树木)吸收的二氧化碳的增加，超过了冻土解冻所释放的气体。但是，未来如果土壤营养被不断增多的新植被耗尽，有机物分解后产生的被长期封存在土壤中的二氧化碳就会加速推进地球变暖进程。
（二）探索捕获封存二氧化碳的新信息
1．研究捕获封存二氧化碳的重要性
认为捕获封存二氧化碳是缓解气候变化的有效工具。[74]2018年6月，英国阿伯丁大学环境科学家朱安·阿卡尔德主持的一个研究团队，在《自然·通讯》杂志发表研究报告称，碳捕获和地质封存将是一种有效的缓解气候变化工具。全新开发的存储安全计算器表明：在管理得当的情况下，98%的注入地下二氧化碳在地下保留万年以上的概率为50%；在管理欠佳的情况下，78%的注入地下的二氧化碳可以保留在地下。
碳捕获和封存，涉及把工业生产过程中化石燃料释放的二氧化碳，注入地下。尽管该技术有望减少全球二氧化碳排放，并有助于实现《巴黎协定》目标，把全球平均气温升幅控制在工业化前水平以上低于2℃之内，并努力将气温升幅限制在工业化前水平以上1.5℃之内。但一直有人担心，注入地下的二氧化碳会在未来泄漏到大气中。
此次，该研究团队开发了一个计算程序，叫做存储安全计算器，以评估地质二氧化碳封存，对于减缓气候变化的有效性。该计算器量化了2020年至2050年注入地下的二氧化碳的固定量，以及万年内向大气中泄漏的二氧化碳总量。研究人员计算了两种场景，一种是注入地密度适中，并使用当前最佳实践对场地进行管理，另一种是场地管理不善的情况。
他们发现，如果场地得到适当管理，年度泄漏率低于0.01%，许多人认为这是有效减缓气候变化的可接受限度。对于管理不当的场地，虽然在头百年里泄漏率超过了这个限值，但在千年后，它会降低到可接受的水平。
研究团队提醒说，对千年时间尺度下的地下二氧化碳行为的理解不完整，是其模型中的一个关键不确定性因素，这也可能导致高估二氧化碳封存量。
2．开发捕获和滤除二氧化碳的新材料
⑴研制吸收二氧化碳的“海绵”。 [75]2014年8月，英国利物浦大学安德鲁·库柏博士领导的一个研究小组，在第248届美国化学学会国家会议博览会上发表研究报告说，他们致力于研制新的方法治理全球气候转暖现象，目前，已研制出一种可以吸收二氧化碳的“海绵”，或许未来将对抑制全球气候转暖起到重要作用。
研究小组指出，“海绵”使用制造塑料的较大聚合物分子制成，可以将化石燃料生成的二氧化碳转变为氢气，并作为一种新能量来源。
这种分子接近用于制造食物包装的塑料物质，未来可安装整合在发电厂的烟囱上。库柏说：“关键在于这种分子非常稳定，并且成本较低，它吸收二氧化碳的效果非常好。这种海绵装置，具有独特的环保作用，未来使用燃料电池技术时，该吸附材料可实现零排放。”
二氧化碳吸附剂，通常用于移除燃煤发电厂烟囱释放的二氧化碳气体，但是库柏表示，这种新材料，将是整体煤气化联合循环新兴技术的一部分，它能够将化石燃料排放物转变为氢气。
一些科学家认为，氢气具有巨大的应用潜能，可用于燃料电池汽车和发电，因为它在能量转换过程中几乎不产生污染。整体煤气化联合循环，是一项桥接技术，可适用于氢燃料转换，而同时仍使用现有化石燃料基础设施。
库柏指出，“海绵”最好处于整体煤气化联合循环操作的高压环境下，它就像厨具海绵，一遇到水就会膨胀，当它分子结构微小空间吸收二氧化碳时，就会略微膨胀。当压力下降时，吸附性聚合物会泄气，释放出气体，之后可以收集或者转变这些气体成为有价值的碳化合物。
这种材料是一种褐色粉末，是由许多小型碳基分子连接成一个网状结构，使用该聚合物的一个优势在于非常稳定，该材料甚至可以在酸性液体中煮沸，能够承受发电厂的恶劣环境；另一个优势，是无需接触水蒸气便能吸收二氧化碳气体，其低廉成本使它更具吸引力。
⑵开发可高效滤除二氧化碳的新聚合物材料。[76]2014年9月，日本京都大学，细胞材料研究所一个研究小组，在《自然·通讯》杂志上发表研究成果称，他们开发出一种能够从空气中高效滤除二氧化碳的低成本薄膜，这将有助于减少温室气体排放，抑制温室效应加剧。
研究人员说，二氧化碳是排放量最大的温室气体，也是人类抑制全球变暖过程中的主要目标，但高昂的成本和低下的回报，成为碳治理道路上的拦路虎。因此，日本研究小组的成果，给治理抑制温室效应，带来了一个好消息。
参与研究的宋齐磊说，在这种能够滤除二氧化碳的薄膜中，嵌入直径不到两纳米的细小管道，可以用来捕捉通过的所有气体。现存的问题是，这种薄膜的结构还不很稳定，并且气体的分离率有限。
为改进材料不稳定的缺陷，研究小组使用热氧化法，在120℃至450℃的有氧环境下于，对材料进行加热。高温下，氧可以与该薄膜发生化学反应，加强薄膜中纳米管道的强度，并控制管道的直径，提高材料的稳定性和目标气体的分离率。
现在，该薄膜材料的空气过滤速度，高于普通市售聚合物100倍以上，并且还具有两倍以上的二氧化碳分离率。该薄膜具有广泛的应用前景：可应用于在减少化石燃料燃烧排放的二氧化碳浓度、提高内燃机中的有效含氧量、用于氢气及塑料的生产。
目前，治理二氧化碳需要大量的开销，二氧化碳本身的价值也不足以进行商业开发，这极大地降低了人们控制二氧化碳排放的积极性。因此，在世界各国着手减少碳足迹的现在，这种低成本、高效率的方法或许将有不错的前景。
研究人员表示：“可以说，我们已经开发出一种真正对可持续发展有贡献的聚合物。与现有材料相比，该薄膜具有1000倍以上的二氧化碳分离能力，并且能够持久使用，成本也易于接受，相信这项技术会有助于自然环境的改善。”
3．研制收集和捕获二氧化碳的新设备
⑴开始启动全球最大的“吸碳”机器。[77]2021年9月，《卫报》近日报道，瑞士克莱梅沃斯公司（Climeworks）与一家冰岛公司联合组成的研究小组，开发出一款名叫“虎鲸”的“直接空气捕集器”，已在冰岛的海利舍伊地热发电站投放市场。据悉，它耗资1500万美元制成，是减缓气候变化的工具，在满负荷运转时，每年将捕获4000吨二氧化碳。
“虎鲸”由一堆金属“空气洗涤器”组成，内部是化学过滤材料，这些空气洗涤器用风扇从周围空气中吸入二氧化碳，然后用化学过滤器将其抽走。过滤器里一旦二氧化碳饱和，收集器就会关闭，将没有更多的空气进入。
接下来，发电站的电力，将会对收集器内部以及捕获的二氧化碳进行加热。这会从过滤器中释放出二氧化碳，并以浓缩形式将其提取出来。二氧化碳与水进行混合后，可以被永久储存在深层地质层中，以用于制造燃料、化学品、建筑材料和其他产品。据报道，通过自然矿化，二氧化碳会与玄武岩反应，并在几年内变成石头。
克莱梅沃斯公司联合首席执行长兼联合创始人詹·伍兹巴赫表示：“‘虎鲸’是直接空气捕获行业的里程碑成果。实现全球净零排放还有很长的路要走，但我们相信就‘虎鲸’而言，已经向实现这一目标迈出了重要的一步。”
碳捕获和储存的支持者认为，这项技术可以成为应对气候变化的重要工具。然而，批评人士认为，该技术仍然非常昂贵，可能需要数十年才能大规模运行。
⑵研制出低浓度二氧化碳快速捕集器。[78]2022年5月，日本东京都会大学教授山添诚司领导的研究团队，在美国化学学会旗下环境类期刊上发表研究成果称，他们开发出一款新的碳捕集系统，它能以前所未有的性能，直接从大气中清除二氧化碳，效率高达99%，且捕集二氧化碳的速度至少是现有系统的两倍，成为迄今处理空气中低浓度二氧化碳最快的捕集系统，有望开启直接空气捕集新时代。
目前，为大幅降低大气中二氧化碳的含量，各种碳捕集技术纷至沓来，但这些系统的大规模部署仍面临不少障碍。最大的挑战在于这些碳捕集技术，特别是直接空气捕获系统的效率还比较低下。
该研究团队一直在研究被称为“液—固相分离系统”的直接空气捕获技术。现有直接空气捕获系统都涉及让空气在液体内流动，液体与二氧化碳发生化学反应。但随着反应的进行，越来越多反应产物积聚在液体中，反应变得越来越慢。而液—固相分离系统提供了一种更好的溶液，其中反应产物不溶于其中，会以固体形式析出。液体中由于没有反应产物的积聚，反应速度也不会太慢。
研究人员对液态胺化合物的结构进行了修改，以优化反应速度和效率，使其能够处理二氧化碳浓度范围介于0.04%～30%之间的空气。他们发现，异佛尔酮二胺溶液，可把空气中99%的二氧化碳转化为固体氨基甲酸沉淀物，且散落在溶液中的固体只需加热到60℃即可把捕获的二氧化碳完全释放出来，使原始液体能被回收。结果表明，系统去除空气中二氧化碳的速度，至少是目前领先的直接空气捕获实验室系统的两倍。
研究人员指出，新系统拥有前所未有的性能和稳定性，对大规模部署碳捕集系统具有重大影响。除进一步改善系统外，他们也在研究如何把捕获的碳有效地用于工业等领域。
4．开发固定和封存二氧化碳的新技术
⑴借助人工光合作用高效固定二氧化碳。[79]2016年12月，德国马克斯·普朗克协会科学家组成的一个研究小组，在《科学》杂志上发表研究报告说，应对气候变化措施中，减少空气中温室气体含量是重要一项，他们近日在实验室中研究出一种人工光合作用方法，可以更快地固定空气中的二氧化碳。
植物光合作用中的卡尔文循环是一种重要的生物固定二氧化碳形式，大气中的二氧化碳进入卡尔文循环转化成糖，这是减少大气中二氧化碳含量最便宜且副作用最少的一种方法。光合作用需要不同的酶来催化并相互协调，其中对碳起到关键固定作用的酶名为RuBisCo，这种酶的催化速度不但相对较慢，还时常错把氧气分子“认成”二氧化碳分子。
研究小组在报告上说，他们发现自然界中存在一种能够更有效结合固定二氧化碳的酶。这种从细菌中提取的名为ECR的酶，几乎从不“犯错”，且催化反应速度可达RuBisCo的20倍，但ECR酶无法与光合作用中的其他酶协调作用。
经过不断筛选优化，研究人员为ECR酶设计出了一种名为CETCH循环的人工循环过程。这一过程包括ECR酶在内共有17种酶参与，在实验室中固定二氧化碳的效率，比自然界中的光合作用高出20%。
此外，目前在实验室发生的CETCH循环中，二氧化碳被吸收后的产物为乙醛酸。研究人员介绍说，他们还可对CETCH循环作出相应调整，使其产物变为生物柴油原材料、抗生素等其他物质。
⑵找到把二氧化碳变成“石头”封存于地下的新方法。[80]2016年6月9日，成员来自美国哥伦比亚大学、冰岛大学、冰岛雷克雅未克能源公司等机构的国际研究小组，以英国南安普敦大学地质工程学副教授于尔格·马特为第一作者，在美国《科学》杂志上发表论文说，在全球变暖背景下，怎样处理不断增长的二氧化碳排放是一个世界性难题。现在，他们找到一个新方法，就是把二氧化碳注入地下玄武岩层，并借助自然化学反应将其转化为固态碳酸盐。
长期以来，碳捕捉与封存技术被视为应对全球变暖的一种重要方案，即从工业生产或燃烧化石燃料所产生的气体中分离出二氧化碳，然后注入一定深度的地下岩层中封存。通常选择的封存地点是废弃油气田等，但一些专家担心，这些气体将来还会泄漏回地面，技术安全性有待验证。
为此，美国和欧盟的一些机构，从2012年开始在冰岛实施名为“碳固定”的试点项目。冰岛有多座活火山，火山喷发形成的玄武岩广泛存在于地下，这种岩石的钙、镁、铁含量高，可与二氧化碳发生化学反应，生成固态的碳酸盐矿物质。
该研究小组先把此前收取的二氧化碳与水混合，然后注入地下400米至800米深处的玄武岩层中。一些专家原以为相关化学反应需经过数百年乃至数万年才能完成，但最新研究显示，这一化学反应的速度比此前预测要快得多。
马特说：“我们的研究结果显示，所注入的二氧化碳含量的95%至98%，在不到两年内便发生了钙化，即转化为固态碳酸盐，这个速度非常令人吃惊。”
马特强调，固态碳酸盐矿物质没有泄漏风险，因而这种方式可以永久且对环境无害地封存二氧化碳。玄武岩是地球上最常见的岩石类型之一，在世界许多地方的大陆边缘地带广泛存在，因此有潜力用于大量封存二氧化碳。但专家也表示，用上述方法把二氧化碳注入玄武岩层之前，需先把二氧化碳与水混合，因而所需用水量非常大，封存1吨二氧化碳需要大约25吨水。未来可以探索使用海水来解决这个问题。
“碳固定”研究，只是一个小型试点项目。目前，冰岛雷克雅未克能源公司正在开展更大规模的试验，把从一个地热发电厂每年捕捉的近5000吨二氧化碳封存到地下。研究人员认为，这种新型固碳技术，将会提高公众对碳捕捉与封存技术的接受度。
（三）利用二氧化碳制造燃料的新信息
1.探索以二氧化碳制造甲醇的新方法
⑴研发出利用二氧化碳高效制取甲醇的新技术。[81]2014年8月，有关媒体报道，二氧化碳被认为是导致全球变暖的元凶之一，但它也并非全无用处。法国原子能委员会下属的萨克莱辐射材料研究所一个研究小组，最新研发出一种新技术，可以利用二氧化碳高效制取甲醇。
报道称，法国研究小组首先把二氧化碳加氢合成甲酸，然后使用稀有金属钌作为催化剂，把甲酸转化为甲醇，生成率高达50%。
美国华盛顿大学的研究小组，在2013年便开发出以稀有金属铱为基础的，可把甲酸转化成甲醇的催化剂。然而，一方面，铱的价格极高；另一方面，使用这一催化剂制造甲醇的生成率最高只有2%。
而法国研究小组把甲酸催化成甲醇时，选择了以钌为基础的催化剂。钌的价格仅是铱的十分之一，大大降低了生产成本。同时，甲醇的生成率也高达50%。
⑵研发出把二氧化碳高效转化为甲醇的新方法。[82]2019年4月，中国科学技术大学曾杰教授与中科院上海同步辐射光源司锐研究员共同负责的一个联合研究团队，在《自然·通讯》发表研究成果称，他们研发出一种新型铂单原子催化剂，可把二氧化碳高效转化为纯度90%以上的清洁能源甲醇，这对减排和开发新能源具有重要意义。
二氧化碳加氢反应后的产物比较复杂，既可能是甲醇，也可能是一氧化碳、甲酸，甚至是另一种温室气体甲烷。这也是国际科学界近年来致力于解决的一个科技难题。
该研究团队研发出一种负载在金属有机框架上的铂单原子催化剂。在这种催化剂催化的二氧化碳加氢产物中，甲醇的纯度高达90.3%，其他成分不足10%。
2.探索以二氧化碳制造甲烷的新方法
⑴运用催化剂把二氧化碳高效地转化为甲烷。[83]2015年6月，有关媒体报道，日本静冈大学等机构组成的一个研究小组，研发出一种催化剂，可以把二氧化碳高效地转化为甲烷。这项新技术，将有望大大减少火力发电站和工厂排放的二氧化碳，而获得的甲烷还可以作为燃料等使用。
研究小组首先在直径数毫米、长约5厘米的细铝管内侧，涂上含有大量镍纳米粒子的多孔质材料，然后将多根细管聚拢在一起，制成直径约2厘米、长约5厘米的管道。再让二氧化碳和氢气的混合气体通过管道，同时进行加热，混合气体就在管道内部发生化学反应，在管道另一端出来的就是甲烷。
用二氧化碳和氢气制造甲烷并不是新鲜的技术，但此前的生产效率很低，难以实际应用。研究小组此次采用了更先进的镍纳米粒子催化剂，经过复杂的工艺流程，这种新方法使二氧化碳转化为甲烷的效率达到约90%。
研究人员表示，这项技术对火力发电站和需要燃煤的工厂尤其适用，或许以后人们再看到那些高耸的烟囱时，能省去不少抱怨。
⑵用太阳光的能量把二氧化碳转为甲烷。[84]2017年11月7日，韩国基础科学研究所科学家组成的一个研究团队，在《自然·通讯》杂志发表论文称，他们开发出一种利用太阳能把二氧化碳转化为甲烷的新方法。这种用温室气体生产燃料的方式，或将能为人类提供一种可持续能源。
太阳的热辐射能清洁且可持续，但是要储存它却十分困难，因为电池只有有限的存储容量和寿命。所以研究人员提出，用太阳光的能量生产燃料是一种可行的解决方案。
此次，该研究团队，建立了一种利用太阳能把二氧化碳转化为甲烷的新系统。他们首先用到的是氧化锌，这是一种常见于物理防晒霜的矿物质，屏蔽紫外线的原理为吸收和散射，其电子可以接受紫外线中的能量发生跃迁，而当材料的粒径尺寸远小于紫外线的波长时，就可以将作用在其上的紫外线向各个方向散射。利用氧化锌有效地转移太阳光能后，研究人员再添加氧化铜晶体。当阳光照射在混合物上时，电荷开始流动。在碳酸水(含二氧化碳)中，这些电荷推动一种复杂的化学反应，成功将二氧化碳转化为纯度达99%的甲烷。
虽然这样的转化之前也实现过，但是此前的尝试存在诸多缺陷，比如需要罕见且昂贵的材料来产生化学反应，又或者产生的燃料不如甲烷一般易于使用。
研究人员总结说，把太阳能储存于甲烷气体，可使材料的每单位质量提供比普通电池更多的能量。在未来，优化该转换过程依然是可能的，目前的发现也让人们更加了解强化这种性能所需要的各种要素。
3.探索以二氧化碳制造航空燃料的新方法
利用太阳能塔把二氧化碳转化为航空燃料。[85]2022年7月20日，苏黎世联邦理工学院教授阿尔多·斯坦因菲尔德领导的一个研究团队，在《焦耳》杂志上发表论文称，他们设计了一种使用二氧化碳、水和阳光来生产航空燃料的生产系统，该系统已在野外现场条件下实施，这一新设计或将帮助航空业实现碳中和。
斯坦因菲尔德说，这是首次在完全集成的太阳能塔系统中，展示从水和二氧化碳到煤油的整个热化学过程链。以前通过使用太阳能生产航空燃料的尝试，大多是在实验室中进行的。
航空部门在导致气候变化的全球人为排放量中约占5%。目前，在全球范围内，尚没有清洁的替代方案可为长途商业航班提供动力。
作为欧盟“太阳能燃油”项目的一部分，该研究团队开发了一种新系统，它利用太阳能生产可直接使用的燃料。这些燃料，是煤油和柴油等化石衍生燃料的合成替代品。研究人员说，太阳能制造的煤油与现有的航空燃料完全兼容，可用于喷气发动机的燃料储存、分配和最终使用。它还可以与化石衍生的煤油混合。
2017年，该研究团队开始扩大设计规模，并在西班牙马德里先进材料研究所能源研究基地建造了一座太阳能燃料生产厂。该工厂由169块太阳跟踪反射板组成，这些反射板将太阳辐射定向并集中到安装在塔顶的太阳能反应堆中。然后，集中地由太阳能驱动反应器里的氧化还原反应循环，该反应器包含由二氧化铈制成的多孔结构。不消耗但可以反复使用的二氧化铈，把注入反应器的水和二氧化碳转化为合成气，合成气是氢气和一氧化碳的定制混合物。随后，合成气被送入气液转换器，最终被加工成液态碳氢化合物燃料，包括煤油和柴油。
研究人员说，这座太阳能塔式燃料厂的运行设置，为可持续航空燃料的生产树立了一个技术里程碑。
在工厂运行9天期间，太阳能反应堆的能源效率约为4%。研究团队正在改进设计，以将效率提高到15%以上。例如，他们正在探索优化二氧化铈结构以吸收太阳辐射，并回收氧化还原循环期间释放的热量。
（四）拓展二氧化碳用途的新信息
1．探索以二氧化碳制造乙烯的新进展
⑴发现可助二氧化碳制乙烯的新催化剂。[86]2016年7月，德国波鸿鲁尔大学一个研究小组，在《自然·通讯》杂志上发表论文称，他们近日研究发现，经等离子体处理过的铜可以作为“高选择性”催化剂，将二氧化碳高效转化成乙烯，并减少副产物。
催化剂的选择性，是指在能发生多种反应的反应系统中，同一催化剂促进不同反应的程度有所差异。利用催化剂的这一特性，可使原料的转化方向更有针对性，在工业生产中减少副反应，提高转化效率。目前，利用现有催化剂，把二氧化碳转化成乙烯等化工原料的效率普遍不高。其中一个原因，就是所用催化剂的选择性较低，在生产过程中会产生大量不需要的副产物。
该研究小组发现，经过氧和氢等离子体处理后，铜箔表面的特性会发生改变。经处理的铜作为催化剂具有高度选择性，会将“精力”主要集中在促进二氧化碳向乙烯的转化上，大大减少副产物。乙烯的生产率，与使用传统铜催化剂相比有大幅度提高。
研究小组进一步“跟踪”催化反应中铜箔的化学状态后发现，铜箔表面带正电的铜离子在这一过程中发挥了重要作用。研究人员表示，这项发现有助于更有针对性地“设计”催化剂，提高工业生产中的转化效率。
⑵研制可把二氧化碳完全转为乙烯的新方法。[87]2022年9月，美国伊利诺伊大学芝加哥分校一个研究团队，在《细胞报告·物理科学》杂志上发表论文称，他们研究发现了一种方法，可把工业废气中捕获的二氧化碳100%转化为乙烯。乙烯是塑料产品的关键成分，当使用可再生能源运行时，这种新方法可使塑料生产实现净负排放。
十多年来，虽然研究人员一直在探索把二氧化碳转化为乙烯的可能性，但都没有完全成功。现在，该研究团队首次实现了把二氧化碳完全转化为碳氢化合物。他们的系统通过电解把捕获的二氧化碳气体转化为高纯度乙烯，副产品为其他碳基燃料和氧气。
该方法可把6吨的二氧化碳转化为1吨乙烯，回收几乎所有捕获的二氧化碳。由于该系统依靠电力运行，因此使用可再生能源可使该过程产生负碳。新方法通过实际减少工业二氧化碳总排放量，超越了其他碳捕获和转化技术的净零碳目标。
先前把二氧化碳转化为乙烯的尝试，依赖于在二氧化碳排放流中产生乙烯的反应器，通常只有10%的二氧化碳排放会转化为乙烯，乙烯随后必须在通常涉及化石燃料的能源密集型过程中与二氧化碳分离。
而在新方法中，电流通过一个“电池”，其中一半充满捕获的二氧化碳，另一半充满水基溶液。带电催化剂把水分子中的带电氢原子，吸引到由膜隔开的单元另一半，在那里它们与二氧化碳分子中的带电碳原子结合形成乙烯。
在全球化学品制造过程中，乙烯的碳排放量仅次于氨和水泥，位居第三。乙烯不仅用于制造塑料产品，还用于生产防冻剂、医用消毒剂等化学品。乙烯通常利用蒸汽裂解过程制造，该过程需要大量的热量。裂解生产每吨乙烯产生约1.5吨的碳排放。平均而言，制造商每年产生约1.6亿吨乙烯，这导致全球二氧化碳排放量超过2.6亿吨。
除了乙烯之外，研究团队还通过他们的电解方法，生产出其他工业用富碳产品，同时还实现了非常高的太阳能转换效率，将来自太阳能电池板10%的能量直接转换为碳产品输出，这远高于目前最先进的2%标准。就新方法生产的所有乙烯而言，太阳能转换效率约为4%，与光合作用的效率大致相同。
2．探索以二氧化碳作铸造溶剂的新进展
开发利用二氧化碳作溶剂的新模型铸造技术。[88]2011年1月，美国科学促进会报道，德国弗朗霍夫学会，环境安全与能源技术研究院的一个研究小组，正在开发一种新的模型铸造方法，利用二氧化碳作为溶剂导入高分子材料，能塑造出从有色隐形眼镜到抗菌门把手等各种高科技产品。
研究人员表示，这种新型灌注方法，有很广泛的新用途。能定做高价值塑材和时尚产品如手机外壳等。此外，还可用于制造有色隐形眼镜，镜片中还能注入丰富的药物成分，在整个白天缓慢释放到眼睛里，作为一种可重复使用的眼药水替代品，治疗青光眼等病症。
新工艺的最大优点是，能在温度远低于材料的熔点时，把颜料、添加剂或其他活性成分，导入接近表面的夹层，比传统灌注工艺更加温和。而且二氧化碳不可燃，无毒且廉价。它有类似于溶剂的性质，却不会像一般颜料溶剂那样对人体健康和环境造成危害。
