加州大学工程与应用科学学院助理教授吴敬杰和他的学生在反应器中使用碳催化剂将二氧化碳转化为甲烷。这一反应被已故法国化学家保罗·萨巴蒂尔(Paul Sabatier)称为“萨巴蒂尔反应”，国际空间站使用这一过程来清除宇航员呼吸的空气中的二氧化碳，并产生火箭燃料，使空间站保持在高轨道上。

但吴的想法要大得多。

火星大气几乎完全由二氧化碳组成。吴说，一旦宇航员到达火星，他们就可以在火星上制造所需的东西，这样可以节省回程所需燃料的一半。

“这就像火星上的加油站。你可以很容易地将二氧化碳通过这个反应堆，并为火箭产生甲烷。”

加州大学的研究发表在该杂志上自然通讯与来自莱斯大学、上海大学和华东理工大学的合作者合作。

吴通过研究电动汽车的燃料电池开始了他的化学工程职业生涯，但大约10年前开始在他的化学工程实验室研究二氧化碳的转化。

“我意识到温室气体将成为社会的一个大问题，”吴说。“很多国家都意识到二氧化碳对我们社会的可持续发展是一个大问题。这就是为什么我认为我们需要实现碳中和。”

拜登政府设定的目标是，到2030年将温室气体污染物减少50%，到2050年实现依赖可再生能源的经济。

“这意味着我们必须回收二氧化碳，”吴说。

吴和他的学生，包括第一作者、加州大学博士生张天宇，正在试验不同的催化剂，比如石墨烯量子点——一层只有纳米大小的碳——可以增加甲烷的产量。

吴说，这一过程有望帮助缓解气候变化。但它在生产副产品燃料方面也有很大的商业优势。

“这个过程的生产力是10年前的100倍。所以你可以想象，进步会越来越快。”“在接下来的10年里，我们会有很多初创公司将这项技术商业化。”

吴的学生们正在使用不同的催化剂，不仅生产甲烷，还生产乙烯。乙烯被称为世界上最重要的化学品，用于制造塑料、橡胶、合成服装和其他产品。

“绿色能源将非常重要。在未来，它将代表一个巨大的市场。所以我想为之努力。”

吴说，当与太阳能或风能等可再生能源相结合时，用二氧化碳合成燃料在商业上变得更加可行。

“现在我们有多余的绿色能源，我们只是扔掉。我们可以将这些多余的可再生能源储存在化学品中。”

这个过程可以扩展到可以产生大量二氧化碳的发电厂。这是有效的，因为转换可以在产生多余二氧化碳的地方进行。

吴说，二氧化碳燃料生产的进步使他对人类在他有生之年登上火星更有信心。

“现在如果你想从火星回来，你需要带两倍的燃料，这是非常重的，”他说。“在未来，你将需要其他燃料。所以我们可以从二氧化碳中生产甲醇，并用它们来生产其他下游材料。也许有一天我们可以住在火星上。”