普林斯顿大学的化学实验室正在进行一项新的实验安德鲁Bocarsly。就像电池一样，这个实验装置有两极带电材料放在含有化学物质的水中。一根小管子将二氧化碳泡进这个叫做“细胞”的装置中。二氧化碳与覆盖在两极之一的带电金属相互作用，在一种特殊催化剂的帮助下，开始形成结合碳、氢和氧原子的更大分子。
这些更大的分子有一个更常见的名字:碳氢化合物，这些分子构成了为现代世界提供动力的燃料——煤、天然气和石油。博卡斯利和他的同事们所做的基本上是反向燃烧:他们将燃烧化石燃料的副产品——二氧化碳，这种对气候变化负有最大责任的温室气体——重新转化为适合燃烧的燃料。
“10年前的主导思维是，我们应该埋葬二氧化碳，”·谢天谢地说。“如果您可以将CO2有效转换为有用的东西，您不必将所有金钱和精力花在地面上。你可能会出现回收它。“
Bocarsly的实验室的实验的一部分,加强研究工作将从阳光转化为液体燃料的能量通过改善工厂的工作,而只使用来自太阳的能源,二氧化碳,保险丝用氢从水中分离,使分子来推动经济增长。这些雄心勃勃的能源项目将通过让二氧化碳分子在燃烧的副产品和新燃料的组成部分之间来回转换来循环二氧化碳排放。这是一项具有潜在革命性的技术，问题不在于能否成功转化——至少有四种不同的方法来实现“反向燃烧”，要么已经在商业上存在，要么已经在实验室中得到了验证——而是成本太高。
“Since the sun provides enough energy for our needs, our goal is to make a fuel using CO2 and sunlight — and maybe water — as feedstocks to produce the chemical fuel that can store the sun’s energy in a form that we can use where and when we need,” writes chemist Michael Berman of the美国空军科学研究办公室，这是资金的大部分研究。“我们希望这是一种以经济上可行的方式完成的东西。”
实现这一目标仍然是一个遥远的前景。但这些长期试验的潜在回报是如此巨大，以至于美国政府、各种实验室和一些初创公司都在为这些研究投入大量资金。这些技术包括在实验室中生产甲醇，利用在极端环境中发现的微生物生产燃料，复制光合作用本身的过程，以及利用阳光制造由氢和一氧化碳制成的合成燃料。
创造液体光线
2003年，化学家艾米丽·巴顿(Emily Barton)拿起了一个废弃的实验装置，这个装置在她导师的普林斯顿实验室里废弃了十多年。她正在寻找一种新的解决方案，以解决二氧化碳在大气中堆积和改变气候的日益严重的问题。该装置是一种电化学电池，可以将电转化为化学反应，或将化学反应转化为电化学反应。该装置采用了一种由称为钯的银白色金属和一种称为吡啶的催化剂制成的电极，吡啶是一种炼油副产品。当巴顿的前任和该装置的发明者林超施加电流时，电池将二氧化碳编织成甲醇——一种最简单的碳氢化合物。
当赵小兰在1994年就写过关于这个装置的文章在很大程度上被忽视了。但巴顿认为，将二氧化碳重新转化为像甲醇这样有用的产品可以解决二氧化碳问题。更好的是，她可以通过添加一种用于薄膜光伏设备的化合物——磷化镓——来调整该设备，并将电池转变为太阳能燃料制造商。
虽然这种光伏路线目前是昂贵的，但风险资本家已经资助了一家启动公司 - 配音液体光线总部设在新泽西，试图将这种电化学电池变成未来的燃料精炼厂。该公司已经用便宜的材料取代了原来昂贵的钯电极，而且可能不会使用吡啶作为催化剂。Liquid Light的主席兼物理学家Nety Krishna说:“我们唯一需要的投入是二氧化碳、水和电的浪费。”他指出，这项技术有可能同时帮助解决两个巨大的挑战——全球变暖和满足世界日益增长的能源需求。
敲入'Exprealophiles'
从军队的各个分支到能源部，美国政府对石油的替代方案感兴趣。事实上，高级研究项目署能源(ARPA-e)已经创建了一个专门用于从二氧化碳中生产燃料的项目。
“每桶石油价格每上涨一美元，海军每年就多花3100万美元用于燃料”，海军部长Ray Mabus在3月份的ARPA-e会议上说当宣布军方与羽翼未丰的能源机构的新的合作努力时。“改变我们生产和使用能源的方式是最根本的改善这个国家的国家安全。”
科学家正在尝试通过使用极端环境茁壮成长的极乐器 - 微生物来创造电磁源。
将能源转化为液体燃料的ARPA-e项目被称为“电燃料”。受该项目资助的科学家们试图通过利用极端微生物的奇迹来创造这些电燃料——极端微生物是在极端环境中生存的微生物，比如海底的热液喷口——利用电、氢甚至氨将二氧化碳转化为燃料。
这是因为，与地球上大多数已知的生命不同，极端微生物在没有光合作用的情况下生存。事实上，在海洋深处，某些微生物依赖于火山喷口喷出的化学物质中的能量，而它们在地表以下几英里处的极端微生物依赖于地壳中放射性元素的缓慢衰变才能茁壮成长。
“我们有臭虫一路走来，”来自各种能源投入加二氧化碳的燃料，说，Arpa-e和电胶源编程经理技术副主任化学家Eric Toone表示。“我知道它会引用 - 不用的工作。现在有趣的问题是：它会很重要吗？“如果它可以以每桶大约60美元的成本生产燃料，则电磁装置只会成功地减少世界的含油成瘾 - 鉴于电力，氢气和氨的成本，它无处可行。“你必须以如此大规模和如此低廉的价格制造这种燃料，”Toone Notes。
另一个挑战是bug本身不一定对程序满意。大肠杆菌，真菌Ralstonia，以及伟大的微生物分组海床和Rhodobacter它们都想利用这些额外的能源来生长，而不是用来制造燃料。为了迫使它们这样做，需要进行复杂的基因和代谢操作，以确保尽可能多的能量用于燃料生产。
复制光合作用
在生物学领域外工作的研究人员不面对与燃料微生物学家的相同限制，甚至是叶子。所以美国能源部已经对其进行了落实的arpa-e赌注投资人造光合作用联合中心(JCAP)。他们的目标是建立一个系统，可以像植物的光合作用一样产生燃料，不管是碳氢化合物还是氢气。
“如果您可以直接从阳光下直接使它们能够有效且经济高效地使其能够有效地制造，”化学燃料将是更换的游戏，“JCAP总监Chemist Nathan Lewis说。
人工系统可以将能量作为电流移动，而不是植物必须依赖光合作用的相对型分子。事实上，使用光伏面板产生电力的人造系统，然后将其用于将水分成氢气和氧气，可以将进入的阳光的大约10％至20％转化为能够燃料燃料电池的氢气。最有效的光合植物 - 藻类 - 仅设法将阳光的大约3％〜6％转化为植物食物。
因此，刘易斯和他的同事们将不得不像植物一样，制造人工光吸收器、分子制造器，甚至是分离人工光合作用的各种产物的薄膜。所有这些组件都存在，但不一定能很好地作为一个系统一起工作。在未来的五年内，JCAP希望证明这样的系统可以被创建，并生产一些燃料来证明它。
麻省理工学院的Nocera预测，一个水瓶和阳光可以提供足够的能量来维持一所房子的运转。
这样的系统长期以来一直以其他名称所知：氢气经济。氢气可以用燃料电池中的氧气重新组合，以产生电动汽车或者家庭的电力。氢经济的问题一直是第二个词 - 最好的氢燃料电池依赖于昂贵的铂金，并且分裂水依赖于昂贵的机械。地球上最昂贵的汽车可能是由GM和本田的喜好制造的氢燃料电池试验车。
但是有一家公司Sun Catalytix试图至少制造分裂水便宜，从而提供燃料电池的氢气的廉价来源或用CO 2制备烃。将金属钴和分子磷酸盐作为催化剂滴入水，然后通过其运行电力 - 优选通过光伏电池通过太阳供应 - 可以将水分成氢和氧气。Massachusetts理工学院化学家丹Nocera，其团队创建了新的催化剂 - 一种发明有些错误地被誉为一个“人造叶子——他预测，在不到四小时的日照下，一瓶饮用水就能产生足够的能量来维持一所房子的运转。
如果氢变得便宜了，那么像电燃料这样的项目就会突然变得更有财政意义。图one说:“如果你有某种东西可以放在水里，它就能进化出氢气，那真是太酷了。”这就是为什么ARPA-e也在资助Sun catalyst的工作。“我们已经看到了数据，它确实有效。”
建立一个碳氢化合物
在新墨西哥沙漠，一个6米宽的镜面将太阳光集中在一个半米长的圆柱形机器上，这个机器形状像一个啤酒桶。这些镜子通过机器一侧的一扇窗户将阳光聚焦，让十几个同心圆的圆环沐浴在太阳的热量中。温度很快就会达到1500摄氏度，在铁氧化物(铁锈)的牙齿旋转回反应堆的黑暗面之前，氧气就会从牙齿中排出。在那里，牙齿从引入的蒸汽或二氧化碳中吸收氧气，留下氢气或一氧化碳。当产生足够多的H2和CO时，混合物就会形成一种非常基本的燃料，即合成气，它是化学工业用来制造碳氢化合物、化学品甚至塑料的基本材料。
把这个像桶一样的机器想象成高温、高速的反向生锈——昂贵的部件不是二氧化碳或水的输入，而是利用太阳热量的镜子。“真正的原料不是二氧化碳和水，而是阳光，”桑迪亚国家实验室的化学家詹姆斯·e·米勒(James E. Miller)说，他是该设备的共同发明者。“尽管阳光是免费的，但你花费最多的是收集它并将其转化为一种可用的形式。”
其他团队正在研究不同的设计或不同的材料，但位于新墨西哥州的桑迪亚团队估计，它可以生产柴油或航空燃料，价格约为每加仑10美元。然而，还有另一个问题，也是所有这些反燃烧努力的共同问题:要取代美国每天消耗的2000多万桶石油，每年将需要62.4万亿摩尔的纯二氧化碳。“如果我们去一个有意义的规模，碳从哪里来?”Toone问道。“学习如何回收碳将很重要。”
燃煤电厂提供了一种能源，当燃烧足够的煤产生十亿瓦的电力时，大约每秒产生500磅的二氧化碳，但这仍然不足以减少交通燃料的使用。根据美国物理学会(American Physical Society)最近的一份报告，从空气中吸收二氧化碳的成本仍然高得令人望而却步。但是，将二氧化碳从浓度更高的海水中提取出来，可能会提供一种解决方案，同时也有助于解决大气中温室气体浓度上升带来的其他危险:海洋酸化。
无论如何，不再使用化石燃料的趋势已经初露端倪。“液体光”(Liquid Light)诞生于普林斯顿大学(Princeton)的实验室现在正在制造丁醇，这是被认为是碳氢燃料的最小分子，所用的工艺与实验室制造甲醇的工艺相同。波卡斯利说:“我们正在明确地做到这一点。”但是“我们还处于了解这一点的早期阶段。”