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二氧化碳排放和塑料垃圾是當(dāng)今世界面臨的兩個最緊迫的環(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)時代之前高出50%。與此同時，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，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，這可能有助于同時解決這兩個問題。

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，”研究人員歐文*賴斯納（Erwin Reisner）教授說?！皬闹衅趤砜?，這項技術(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?！?/p>

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

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太陽能反應(yīng)堆如何變廢為寶？

迄今為止，太陽能驅(qū)動的實驗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是一項重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

劍橋團隊在六個月前已經(jīng)公布了太陽能反應(yīng)堆的一個版本。它由兩個隔間組成，一個處理二氧化碳，另一個處理塑料廢物，整個裝置由鈣鈦礦太陽能電池供電。在此基礎(chǔ)上，研究人員進行了優(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，如氧氣和氮氣，則會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

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未來發(fā)展

在實驗演示中，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：研究團隊成員：歐文*賴斯納、薩揚*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，“塑料成分是這個系統(tǒng)的一個重要技巧。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?！?/p>

共同第一作者薩揚*卡爾（Sayan Kar）博士指出：“這個太陽能系統(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，這一事實很特別。看到我們實際上僅利用陽光就能做到這一點，真是令人欣慰?！?/p>

科學(xué)家們目前正在開發(fā)一種效率和實用性更高的臺式演示設(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，這種概念驗證的太陽能驅(qū)動的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太陽能燃料和廢物升級回收技術(shù)開辟了新途徑。