为了在长期内将全球变暖控制在1.5°C以下，人类不仅需要大幅削减温室气体排放，还必须依靠技术手段，从大气中移除并安全储存数千亿吨二氧化碳（CO2）。政府间气候变化专门委员会（IPCC）最新评估报告中的情景分析，也都建立在这一前提之上。

多年来，科研团队和初创企业一直在探索直接从空气中去除CO2的技术，即“直接空气捕获”（Direct Air Capture，DAC）。成立于2009年的 Climeworks 公司是苏黎世联邦理工学院（ETH）的衍生企业，也是全球最早实现DAC商业化的公司之一。不过，目前直接从空气中捕获CO2仍然普遍存在能耗高、成本高的问题。

食物废弃物制成的多孔蛋白珠粒

近期发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一项研究，提出了一种有前景的新型DAC方案。该研究由苏黎世联邦理工学院健康科学与技术系材料科学家、教授 Raffaele Mezzenga 领导，核心思路是利用乳清和豆腐生产过程中的副产品来吸收CO2。

在乳制品和豆腐加工过程中，会产生大量富含蛋白质的溶液。只有一小部分会被重新用于食品生产，其余大多作为废弃物处理。研究团队从这些废弃溶液中提取蛋白质，并将其组装成称为“淀粉样纤维”的长丝状结构。

随后，研究人员将这些纤维负载氢氧化钾（KOH），并制成直径约0.5至1厘米的多孔珠粒。Mezzenga 解释说：“这种材料就像一块海绵，借助氢氧化钾可以吸收大量二氧化碳。”

当这些多孔蛋白珠粒暴露在环境空气中时，氢氧化钾会与CO2发生反应，生成碳酸氢盐，从而实现从空气中去除CO2。该研究的第一作者、博士后研究员周东表示：“在我们的环境空气测试中，每克材料可以吸附97毫克CO2。”

这一吸附量相当可观，比传统DAC方法的吸附率高出约10%至50%。周东估算，从理论上看，每公斤蛋白珠粒在一个完整的捕获—释放周期中，能够结合并分离约100克CO2。

低能耗、可循环的捕获与释放过程

传统DAC技术通常通过加热和施加负压，使吸附材料释放出已捕获的CO2，再将其进行储存或转化。这一过程能耗极高，因此目前只有在可获得大量廉价可再生能源的地区，DAC才在能源和经济上相对可行。

Mezzenga 团队采用了不同的再生方式：为了让蛋白珠粒释放出已吸附的CO2，他们在室温下交替喷洒温和的酸和碱，持续约10分钟。这个过程会打破氢氧化钾与CO2之间形成的化学键，使CO2重新分离出来。

酸、碱以及蛋白珠粒本身都可以重复使用。周东指出：“目前常用的合成吸附材料往往老化较快，而我们的蛋白珠粒在长期使用中仍然保持稳定。”在实验室测试中，研究人员连续进行了30个CO2吸附与释放周期，未观察到明显的效率下降。

Mezzenga 预计，随着循环次数增加，材料的吸附能力终究会逐渐衰减，可能在经历数千个周期后需要更换。但即便如此，报废的蛋白珠粒仍可作为农业肥料或转化为生物燃料使用。由于这些珠粒完全由有机物构成、易于降解，该系统有望融入循环经济体系。

他强调：“我们在这一过程中使用的材料无毒，并符合食品级标准。”研究团队通过生命周期分析发现，与其他DAC技术相比，这种方法在整个生命周期内造成的环境负担更低。

成本有望低于现有捕获技术

目前仍需进一步研究，以验证该技术在更大规模上的可行性，以及在放大应用后是否仍能保持高CO2吸附能力。本次发表的实验是在受控实验室条件下进行的，仅使用了几克蛋白珠粒，总共捕获并释放了约50克（1.8盎司）CO2。

尽管如此，Mezzenga 对技术放大前景持乐观态度。他在淀粉样纤维领域已深耕近20年，曾利用这一材料开发可生物降解塑料替代品和水净化技术。他表示：“我们有理由相信这项技术可以实现规模化应用。”

据介绍，用于从蛋白珠粒中分离CO2的喷雾系统，基于工业界已有的成熟技术。接下来，博士后周东将继续针对可扩展性开展研究。

目前研究人员尚未给出每吨CO2捕获成本的精确数值，但 Mezzenga 预计，这一成本将显著低于传统DAC方案。

他总结道：“我们的技术能耗更低、原料来源广泛且多为废弃物，因此在成本和可持续性方面都更具优势。这种方法有潜力成为未来从空气中移除CO2的关键变革技术。”