牛粪，竟摇身一变成了“吸碳神器”？

在印度约有 1.1 亿头牛，每头牛每天产粪约 9-15 公斤，这种“废料”并不稀奇，它们通常作为燃料和肥料被再次利用。然而，最近印度的科学家发现了牛粪更高的价值，或成为治理全球变暖的一种新方案。

印度理工学院研究人员用牛粪开发出一种氮掺杂多孔碳材料（NDPC，nitrogen-doped activated porous carbon），这种材料的独特之处在于，它能像海绵吸水那样高效捕获二氧化碳。这种材料比表面积达 1,153 平方米/克，相当于 1 克材料就能覆盖数个网球场。相关论文发表于 Surface and Innovations。

图丨相关论文（Surfaces and Interfaces）

这种材料配方混合了牛粪、三聚氰胺和碳酸氢钾。其中，碳酸氢钾是一种绿色环保、腐蚀性低且有效的活化剂，而三聚氰胺则为材料提供了氮源。其工艺也十分简单，只需一次高温热解，不仅不需要强酸强碱，无需复杂后处理，在制备过程中几乎不产生废水，兼顾了环保性和简便性。

“将混合物在无氧条件下以极高温度加热，这一过程称为热解，可生成用于高效捕获二氧化碳分子的 NDPC。关键的奥秘就在于，氮掺入碳中提高了材料捕获二氧化碳的能力。”论文共同作者、印度理工学院博士生 Sree Harsha Bharadwaj H 说道。

多孔结构是该材料高效吸收二氧化碳的根源。可别小看这些密密麻麻的微小孔洞，在 1 个大气压、30℃条件下，1 公斤材料足足能“吸附”3.7 摩尔（约合 162 克）二氧化碳，并具有优异的循环稳定性，循环使用 10 次性能不衰减。

（Surface and Innovations）

全球变暖是当今最紧迫的全球挑战之一，主要原因在于二氧化碳的浓度不断升高（目前约 428 ppm），通常来自人们的日常活动，例如发电用的燃烧化石燃料、交通运输和工业生产等。

目前主要的解决方法包括碳捕获、利用与封存。碳捕获可通过多种工艺实现，例如液体化学吸收、膜分离和固体材料吸附。然而，这些工艺面临高能耗、高开发成本和复杂的制备工艺等一系列挑战。

一种有前景的策略是使用多孔碳作为二氧化碳吸附剂。多孔碳含有微小的孔隙，可以吸附二氧化碳在其表面，类似于用活性炭空气净化方法去除肉眼看不见的污染物。但是，开发这些吸附剂需要借助具有腐蚀性和有毒的材料，使用过程中产生的废水可能会进一步污染环境。

牛粪本身是一种有机物，灰分里还包含钾、钠等矿物质，适合用作碳材料的前驱体。研究人员以碳酸氢钾作为活化剂，将牛粪与三聚氰胺按不同比例进行实验。结果显示，当二者比例为 1:1 时制备的 NDPC-1 性能最佳。该材料制作工艺简单，为何材料效果惊人？

为探索这个问题，研究人员对 NDPC-1 进行了原子级模拟，结果发现，掺进去的氮原子让材料含氮量达到 2.95%，这正是材料能够高效吸收二氧化碳的关键要素。

研究人员发现，原来普通碳材料通常不含氮或含量较低，仅基于物理小孔洞“装”二氧化碳，很容易装不满。而加了氮的材料，等同于在结构的每个小孔中都加上了“磁铁”，不仅能够吸收更多的二氧化碳分子，还会吸得更牢固。

实验结果对比显著：加了氮的 NDPC-1 吸附能力比普通碳材料高 28%，比单纯热解碳高 58%。

然而，研究人员并不满足于在实验室制备出一种好材料，他们更关心的是这种材料究竟能用在哪里。他们想到，这种高效捕获二氧化碳的优势，有可能为治理全球变暖提供新的技术支撑。

传统的高性能的吸附材料各有局限性，例如合成工艺复杂、污染大、成本高等。此外，一些吸附材料通常需要 400–700°C 的高温处理，而该材料仅在 30℃ 低温环境可完成二氧化碳捕获。

更重要的是，用废弃物牛粪来做吸碳材料具有“一石二鸟”的作用：不仅能解决牛粪堆积产生的环境污染，还能高效捕获二氧化碳，治理全球变暖。

这种“碳海绵”工艺简单、原料价格低以及绿色合成的特性，有利于未来大规模应用。从实际应用的角度，短期内，这项技术有可能主要用于处理工业尾气。

随着技术的进一步成熟与发展，用这种材料做的吸附装置，可以装到那些大量排放二氧化碳的工厂烟囱上，例如电厂、水泥厂、钢铁厂等。这样，二氧化碳在从烟囱向大气排放的过程中，用牛粪做的“碳海绵”相当于为大气做了一次深度过滤，将二氧化碳牢牢吸附住。

当然，这项技术从实验室到实际的工业化应用，还需要经历更深入的探索。例如，如何将粉末状的材料制备成工业用的颗粒状，如何让材料的吸附性能更高等等。尽管如此，这项技术为治理全球变暖提供了一个全新方案：或许对抗气候变暖的利器，就藏在每年产生数十亿吨的牛粪里。

参考资料：

1.https://doi.org/10.1016/j.surfin.2026.108833

2.https://phys.org/news/2026-03-cow-dung-sustainable-carbon-dioxide.html

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