二氧化碳排放和塑料垃圾是當(dāng)今世界面臨的兩個(gè)最緊迫的環(huán)境問題。
(相關(guān)資料圖)
目前大氣中的二氧化碳含量比工業(yè)時(shí)代之前高出50%。與此同時(shí),過去50年來,塑料產(chǎn)量激增,據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的統(tǒng)計(jì),全世界每年生產(chǎn)超過4億噸塑料,而其中的一半只作一次性用途。而在這部分里,只有不到10%被回收。
近日,英國劍橋大學(xué)(University of Cambridge)的研究人員展示了如何從工業(yè)過程中甚至直接從空氣中捕獲二氧化碳,并僅利用太陽的能量將其轉(zhuǎn)化為清潔、可持續(xù)的燃料,這可能有助于同時(shí)解決這兩個(gè)問題。
據(jù)悉,他們開發(fā)了一種太陽能反應(yīng)堆,可將捕獲的CO2和塑料廢物轉(zhuǎn)化為可持續(xù)燃料和其他有價(jià)值的化學(xué)產(chǎn)品。在測試中,CO2被轉(zhuǎn)化為合成氣,這是可持續(xù)液體燃料的關(guān)鍵組成部分;塑料瓶則被轉(zhuǎn)化為廣泛用于化妝品行業(yè)的乙醇酸。
“我們不僅對脫碳感興趣,而且對去化石燃料感興趣——我們需要完全消除化石燃料,以創(chuàng)建真正的循環(huán)經(jīng)濟(jì),”研究人員歐文*賴斯納(Erwin Reisner)教授說。“從中期來看,這項(xiàng)技術(shù)可以通過從工業(yè)中捕獲碳并將其轉(zhuǎn)化為有用的東西來幫助減少碳排放,但最終,我們需要完全消除化石燃料并從空氣中捕獲CO2。”
他們的最新研究成果已于近期發(fā)表在了《焦耳》雜志上。
來源:Joule
1
太陽能反應(yīng)堆如何變廢為寶?
迄今為止,太陽能驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)使用了來自鋼瓶的純凈、濃縮的CO2,但為了使該技術(shù)能夠?qū)嶋H使用,它需要能夠主動(dòng)從工業(yè)過程中或直接從空氣中捕獲CO2。然而,由于CO2只是空氣中眾多分子中的一種,因此開發(fā)一種足夠靈敏的技術(shù)來轉(zhuǎn)化非常稀薄的CO2是一項(xiàng)重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。
劍橋團(tuán)隊(duì)在六個(gè)月前已經(jīng)公布了太陽能反應(yīng)堆的一個(gè)版本。它由兩個(gè)隔間組成,一個(gè)處理二氧化碳,另一個(gè)處理塑料廢物,整個(gè)裝置由鈣鈦礦太陽能電池供電。在此基礎(chǔ)上,研究人員進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整,使其能夠處理工業(yè)廢氣,甚至只是環(huán)境空氣。
首先,空氣被泵入含有堿性溶液的系統(tǒng)中,二氧化碳被選擇性地保留下來,而其他氣體,如氧氣和氮?dú)猓瑒t會(huì)以氣泡的形式無害地逸出。然后,研究人員利用這種冒泡技術(shù)(bubbling technique)將空氣中的二氧化碳集中在溶液中,使其更容易處理。
與先前的版本相同,該集成系統(tǒng)包含光電陰極和陽極。該系統(tǒng)有兩個(gè)隔室:一側(cè)是捕獲的CO2溶液,該溶液被轉(zhuǎn)化為合成氣(一種簡單的燃料)。另一方面,塑料僅利用陽光即可轉(zhuǎn)化為有用的化學(xué)物質(zhì)。
來源:Ariffin Mohamad Annuar
2
未來發(fā)展
在實(shí)驗(yàn)演示中,研究人員演示了從煙道氣或空氣中捕獲CO2并利用太陽照射將其直接轉(zhuǎn)化為合成氣,而無需任何外部施加電壓。
該系統(tǒng)用胺/氫氧化物溶液捕獲CO2并通過光電化學(xué)將其轉(zhuǎn)化為合成氣,使用含有固定化分子鈷酞菁催化劑的鈣鈦礦基光電陰極。在陽極,塑料衍生的乙二醇在Cu26Pd74合金催化劑的作用下被氧化成乙醇酸。
整個(gè)過程使用煙氣或空氣作為碳源,廢棄塑料廢物作為電子供體,陽光作為唯一的能量輸入。
圖說:研究團(tuán)隊(duì)成員:歐文*賴斯納、薩揚(yáng)*卡爾、莫蒂亞爾*拉哈曼(從左至右)
來源:Ariffin Mohamad Annuar
該研究第一作者之一莫蒂亞爾*拉哈曼(Motiar Rahaman)博士說,“塑料成分是這個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)重要技巧。從空氣中捕獲和利用CO2使化學(xué)反應(yīng)變得更加困難。但是,如果我們向系統(tǒng)中加入塑料垃圾,塑料就會(huì)給CO2提供電子。塑料分解成廣泛用于化妝品行業(yè)的乙醇酸,CO2轉(zhuǎn)化為合成氣,這是一種燃料。”
共同第一作者薩揚(yáng)*卡爾(Sayan Kar)博士指出:“這個(gè)太陽能系統(tǒng)吸收兩種有害的廢物——塑料和碳排放——并將它們轉(zhuǎn)化為真正有用的東西。我們可以有效地從空氣中提取CO 2并從中制造有用的東西,這一事實(shí)很特別??吹轿覀儗?shí)際上僅利用陽光就能做到這一點(diǎn),真是令人欣慰?!?/p>
科學(xué)家們目前正在開發(fā)一種效率和實(shí)用性更高的臺(tái)式演示設(shè)備,并表示他們正在考慮使用具有更高開路電壓的太陽能電池。他們還希望調(diào)整反氧化作用,并驅(qū)動(dòng)其他生物質(zhì)、紡織品或化學(xué)廢料的氧化。
研究人員總結(jié)道:“經(jīng)過充分改進(jìn),這種概念驗(yàn)證的太陽能驅(qū)動(dòng)的CO2捕獲和利用系統(tǒng)可能有望用于未來分散式離網(wǎng)可擴(kuò)展太陽能燃料和化學(xué)合成技術(shù)。”這一技術(shù)為未來碳中和甚至負(fù)太陽能燃料和廢物升級(jí)回收技術(shù)開辟了新途徑。
標(biāo)簽:
熱門