固碳材料——一种由太阳能驱动、利用大气二氧化碳生长和修复自身的物质，就像植物一样——目前仍局限于实验室。但科学家们正以令人兴奋的速度将其推向商业现实。当它们上市后，很可能会首先作为“自愈”涂料得到广泛应用，例如在汽车装饰件、手机和织物上。当它们的表面出现裂缝或划痕时，它们能够轻松地通过接触空气和阳光来填补空隙，而无需额外操作。此外，它们的运输也将更具成本效益和能源效率，因为它们可以先以轻巧的尺寸运送给制造商和建筑商。到达目的地后，它们将暴露在空气和阳光下，然后膨胀、固化并硬化。研究人员表示，设计不仅能避免使用化石燃料，还能吸收大气中二氧化碳的材料，对环境和气候具有显而
麻省理工学院化学工程教授迈克尔·斯特拉诺 (Michael Strano) 表示：“作为人类，我们可以选择用地下的石油来建造世界，制造出我们随处可见的塑料纤维和片材，或者我们可以效仿自然，利用空气中的碳。“第一步是想象像植物和树木一样生长和修复的材料。下一步是将其付诸实践。然后，经过改进和优化，我们就可以开始用这些新的、持续更新的版本来取代我们正在衰败的材料。”
斯特拉诺补充说：“这种产品的妙处在于，它只需要大气二氧化碳和环境光，而这两者无处不在。“这些材料从空气中的碳中吸取物质，并且能够持续、自动地自我修复，而无需任何外部刺激。用二氧化碳和环境光建造，就是利用我们今天可用的能量。这就是可持续性的最基本定义。”
科学家们表示，斯特拉诺的实验室最近创造了一种材料，它能与空气中的二氧化碳发生化学反应而生长、强化，甚至自我修复，而且与其他模拟自然生物过程的努力不同，它不需要外部输入，如热量、紫外线、化学物质或机械应力。其结果是一种合成的凝胶状聚合物，它使用与植物相同的生物组件来捕获阳光——叶绿体——这些叶绿体是从菠菜叶中提取出来的。该聚合物持续将二氧化碳转化为一种碳基物质，从而增强自身。
近年来，研究人员一直在寻找创新的方法来清除大气中的二氧化碳，这是一种由化石燃料燃烧产生的强效温室气体。 这些气体正在驱动气候变化和全球变暖，并且经常对 人类和生态系统产生危险影响。“像这样的材料是朝着正确方向迈出的一步，”斯特拉诺说。“它们不仅仅是碳中性。它们是碳负性的。”
斯特拉诺、博士后研究员 Seon-Yeong Kwak 以及麻省理工学院和加州大学河滨分校的另外八名研究人员在最近发表于《高级材料》(Advanced Materials) 杂志上的一项 研究 中描述了他们的发现。
叶绿体催化二氧化碳转化为葡萄糖。但分离的叶绿体非常不稳定，这意味着它们一旦从植物中取出，几个小时后就会停止工作。斯特拉诺和他的同事们开发了显著延长提取的叶绿体催化寿命的方法，并计划用非生物催化剂取代这些叶绿体以进一步增强其作用。斯特拉诺说，后者将更稳定、寿命更长，并执行相同的功能。
研究人员使用的材料——由聚甲基丙烯酰胺 (APMA) 和葡萄糖、一种名为葡萄糖氧化酶的酶以及叶绿体组成的凝胶基质——在吸入碳时变得更强。尽管预计它能很好地用作涂层或裂缝填充剂，但它还不够坚固，无法成为建筑材料。研究人员表示，在可以广泛用于建筑和复合材料之前，还需要在化学和材料科学方面取得更多进展。
尽管如此，科学家们表示他们已经能够大规模生产这种材料。他们说，初步的商业应用——自愈涂料和裂缝填充剂——在“近期”内是可行的。合著者 Kwak 表示：“在其最基本的形式下，这些材料的生产非常简单，而且成本不高或不复杂。”“这种材料最初是液体。看着它开始生长并聚集成固体形态，非常令人兴奋。”
据麻省理工学院称，（资助了麻省理工学院初步工作的）能源部正在资助一项新计划来扩展这项研究，并已委托斯特拉诺负责指导。斯特拉诺说：“材料科学从未生产过这样的东西。“这些材料模仿了生物体的某些方面，尽管它不能繁殖。
他补充说：“到处都有碳。“我们用碳建造世界。人类是由碳组成的。二氧化碳不必仅仅是一种负担和成本。它也是一个机会。制造一种可以利用我们周围丰富碳的材料，对材料科学来说是一个重要的机会。”
玛琳·西蒙斯为Nexus Media撰稿，该媒体是一家涵盖气候、能源、政策、艺术和文化的联合新闻社。
