碳捕捉技術(shù)可在穩(wěn)定大氣中溫室氣體濃度方面發(fā)揮重要作用。跟碳捕捉技術(shù)密切相關(guān)的是碳封存和碳利用。
把捕捉的碳封存起來，是一個巨大的工程，需要耗費(fèi)大量運(yùn)輸成本和能耗，還需要占用很大的地質(zhì)空間。
如果能將捕獲的二氧化碳充分高效利用，則是一個兩全其美的辦法。
當(dāng)然，利用廢氣二氧化碳制作各種產(chǎn)品，并不稀奇，有很多類似的案例，比如制取甲醇、伏特加、鉆石、混泥土，甚至糖類等。這里最關(guān)鍵的問題在于轉(zhuǎn)換效率、能耗和成本。
目前，由伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校（UIC）的Meenesh Singh領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組在二氧化碳轉(zhuǎn)化上獲得了重大突破，這個研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一種從工業(yè)廢氣中捕獲的二氧化碳100%轉(zhuǎn)化為乙烯的方法，乙烯是合成塑料和橡膠的關(guān)鍵組成部分。
這是一種通過使用電解的方式，將捕獲的二氧化碳轉(zhuǎn)化為高純度乙烯，能夠?qū)⒍噙_(dá)6噸的二氧化碳轉(zhuǎn)化為1噸乙烯，實現(xiàn)近100%的二氧化碳轉(zhuǎn)化。
這一成果發(fā)表在《細(xì)胞報告·物理科學(xué)》（Cell Reports Physical Science）雜志上。
圖說：伊利諾伊大學(xué)的研究人員在觀察設(shè)備。
來源：Jim Young/UIC Engineering
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電解裝置讓轉(zhuǎn)化率極高
將二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙烯，這種探索，研究人員一直在進(jìn)行，以前將二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙烯的嘗試都依賴于在來源二氧化碳排放流中產(chǎn)生乙烯的反應(yīng)堆。在這些情況下，效率并不理想，通常只有10%的二氧化碳排放轉(zhuǎn)化為乙烯。而且，乙烯必須在一個通常涉及化石燃料的能源密集型過程中從二氧化碳中分離出來。
但伊利諾伊大學(xué)團(tuán)隊的方法據(jù)說是第一個實現(xiàn)近100%利用二氧化碳生產(chǎn)碳?xì)浠衔锏姆椒?。他們的系統(tǒng)使用電解將捕獲的二氧化碳?xì)怏w轉(zhuǎn)化為高純度的乙烯，以及其他碳基燃料和氧氣作為副產(chǎn)品。
圖說：二氧化碳捕獲和乙烯制造的電解裝置示意圖
來源：sciencedirect
這種方法本質(zhì)是一種電化學(xué)裝置，電流通過電池，其中一半充滿捕獲的二氧化碳，另一半充滿水基溶液。帶電催化劑將水分子中的帶電氫原子吸引到由膜隔開的另一個單元，在那里它們與二氧化碳分子中的帶電碳原子結(jié)合形成乙烯，這就是方法。所以，轉(zhuǎn)化率極高。
當(dāng)然，很多人可能看到，這個方法不是也需要“催化劑”嗎？所需要的成本大嗎？這個研究團(tuán)隊沒有明確說明。
不過，據(jù)研究團(tuán)隊稱，這個過程可以將多達(dá)6噸的二氧化碳轉(zhuǎn)化為1噸的乙烯，回收幾乎所有捕獲的二氧化碳。此外，該系統(tǒng)依靠電力運(yùn)行，使用可再生能源可以使該過程產(chǎn)生碳負(fù)。
根據(jù)研究負(fù)責(zé)人Meenesh Singh的說法，該團(tuán)隊的方法通過減少工業(yè)二氧化碳排放總量，超過了其他碳捕獲和轉(zhuǎn)化技術(shù)的凈零碳目標(biāo)。
“這是凈負(fù)碳的，” Meenesh Singh說?！懊可a(chǎn)一噸乙烯，你就會從點(diǎn)源中吸收六噸二氧化碳，否則這些二氧化碳就會釋放到大氣中?！?/span>
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應(yīng)用場景廣泛
乙烯是一種用于制造塑料產(chǎn)品和化學(xué)品的有機(jī)化合物，其碳排放在全球排名第三，僅次于氨和水泥。乙烯不僅用于制造包裝、農(nóng)業(yè)和汽車行業(yè)的塑料產(chǎn)品，而且還用于生產(chǎn)防凍劑、醫(yī)用消毒劑和房屋的乙烯基壁板等化學(xué)品。所以用途還是很廣泛的。
乙烯通常是通過蒸汽裂解生產(chǎn)的，這是一個需要大量熱量的過程。每產(chǎn)生一噸乙烯，裂解就會產(chǎn)生大約1.5噸的碳排放。制造商平均每年生產(chǎn)約1.6億噸乙烯，這導(dǎo)致全球二氧化碳排放量超過2.6億噸。
除了乙烯，伊利諾伊大學(xué)的科學(xué)家還能夠通過他們的電解方法生產(chǎn)出對工業(yè)有用的其他富碳產(chǎn)品。據(jù)稱，它們還實現(xiàn)了非常高的太陽能轉(zhuǎn)換效率，將太陽能電池板10%的能量直接轉(zhuǎn)化為碳產(chǎn)品輸出，高于2%的最先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。對于他們產(chǎn)生的所有乙烯，太陽能轉(zhuǎn)換效率約為4%，與光合作用的速度大致相同。
不管怎樣，能夠?qū)崿F(xiàn)近100%的二氧化碳轉(zhuǎn)化，對地球的溫室效應(yīng)緩解還是非常具有幫助的，特別是在直接產(chǎn)生二氧化碳的角度上來講，更具有價值。
但是，在該項目沒有大規(guī)模被運(yùn)用起來之前，對地球的變化影響可能還微不足道，但只要是相對較便宜的技術(shù)，應(yīng)用場景也比較廣泛，商業(yè)價值將很快被發(fā)掘出來。
