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让人又爱又恨的“碳”,你真的了解吗?

作者:
来源:
世界顶尖科学家论坛
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经过广泛的科普宣传,双碳——“碳达峰”、“碳中和”已经成为人们耳熟能详的概念。但是,你真的了解“碳”吗?

被嫌弃的“碳”

碳达峰、碳中和里的“碳”,指的是二氧化碳——一种温室气体,主要由化石燃料燃烧产生。

除了二氧化碳,温室气体还包括甲烷、一氧化碳等,它们也都是碳的化合物。尽管在数量上远不如二氧化碳,但它们对环境和气候的影响尤甚。近年来在全球各地频繁出现的极端高温、干旱、森林火灾……这些温室气体都脱不了干系。

因此,想要解决气候问题,就逃不开控制这些碳化合物、尤其是二氧化碳的排放总量。

超有用的“碳”

为了表达得顺畅,相关术语里,往往把“二氧化碳”或者“碳化合物”简化为“碳”。

但是,碳元素表示:我是人类的好朋友,有些锅我不背。

碳元素,在我们的生活中随处可见。

闪亮的钻石见证甜蜜的爱情;乌黑的墨水书写人类文明。碳同位素测定历史;神奇的石墨烯打开未来。

刚刚归国入职西湖大学的世界顶尖科学家论坛(WLF)青年科学家黄嘉兴教授,专门研究新型碳材料,将它应用于各个领域,甚至包括——染发。

这种黑色染发剂基于石墨烯研发,将其涂在头发上,就能形成一层微米级的黑色薄膜。与传统的小分子染料相比,这种“二维色素”的好处很多:一方面,它的颜色足够深,不需要高浓度使用;另一方面,它只是附着在头发表面,不需要打开角质层进入头发内部。同时,由于石墨烯的导电性,这种染发剂还能改善静电对发型带来的困扰。

构建生命的“碳”

碳也是构建生命的基本元素,地球上已知的所有生物都是碳基生物。

动物的呼吸与排泄,是温室气体的重要来源;而植物的光合作用,则把二氧化碳和水合成为有机物,形成自身的发育。

是否有可能模仿植物,把光能转化为化学能,储存在化合物中,并吸收二氧化碳呢?

麦克阿瑟天才奖得主、美国科学院院士、世界顶尖科学家协会(WLA)会员杨培东教授进行了他的探索。杨培东教授把他研发的人工光合作用装置称为“液体阳光”,以半导体光学二极管为基础,构建纳米“森林”,捕捉太阳光并利用空气中的二氧化碳合成有用的化学制品。这项发明让杨培东教授获得了2020年全球能源奖的“非常规能源类”奖项。

杨培东教授认为,人工光合作用是一个相对来说比较好的、终极的碳平衡方案,同时能够解决能源问题,包括二氧化碳排放的环境问题。在进一步改进后,目前,研究团队的人工光合作用太阳能转化效率比可达8%-10%,比自然界高出16-20倍。团队仍在继续改进催化剂以及二氧化碳还原环境(如高碱浓度体系),以进一步提升转化效率。

“万物各得其和以生,各得其养以成。”大自然是包括人在内一切生物的摇篮,是人类赖以生存发展的基本条件。碳,作为摇篮中的一份子,与人类共生共存。

尽管碳排放问题使人头痛,但碳元素本身却是人类的好伙伴。事实上,“碳”所记录的不仅是生命周期和社会生产,对于碳排放问题的讨论也间接折射了国际局势下不同经济体对于能源的关注。在人类文明发展的长征中,如何理解它、找到它、运用它,或许考验的不仅仅是一代人的智慧。