100%实现将工业废气中二氧化碳转化为乙烯——新电化学系统的功能

不断增长的全球能源需求导致化石燃料消耗更快，这增加了人为二氧化碳排放量，引发了严重的环境问题。尽管在提高太阳能、风能和水电等可再生能源的利用率以减少化石燃料消耗方面取得了持续进展，但这些资源仍然只能满足当前能源需求的一小部分。因此，迫切需要开发可持续的替代品来减轻大气中人为二氧化碳的浓度。

现在，伊利诺伊大学芝加哥分校 (UIC) 的工程师发现了一种方法，可以将 100% 从工业废气中捕获的二氧化碳转化为乙烯，乙烯是塑料产品的关键组成部分。

UIC 工程专业的学生 Rohan Sartape 与迁移辅助水分梯度 CO2 捕获装置。

多年来，科学家们一直在探索将捕获的二氧化碳转化为有用材料的可能性，例如乙烯，塑料的主要前体之一。但 UIC 研究人员声称，他们的方法是第一个实现近 100% 的二氧化碳利用来生产碳氢化合物的方法。

UIC 团队的系统使用电解将捕获的二氧化碳气体转化为高纯度乙烯，以及其他碳基燃料和氧气作为副产品。研究人员开发了一种水性流通式电化学电池，可以提高转换效率。电流通过电池，其中一半充满捕获的二氧化碳，而另一半则含有水基溶液。

带电催化剂将带电的氢原子从水分子中吸引到由膜隔开的单元的另一半，在那里它们与 CO2 中的带电碳原子结合，形成 C2H4 - 乙烯。该工艺可以将多达 6 公吨的二氧化碳转化为 1 公吨的乙烯，回收几乎所有捕获的二氧化碳。

原子在阳光下穿过水和带电膜的抽象插图。

通常，乙烯是在称为蒸汽裂解的过程中制造的，该过程需要大量的热量。裂解产生的每吨乙烯产生约 1.5 公吨的碳排放。但该团队表示，使用可再生能源来运行新系统可以使该过程产生负碳。

根据首席研究员 Meenesh Singh 的说法，他的团队的方法通过实际减少该行业的二氧化碳总排放量，超越了其他碳捕获和转化技术的净零碳目标。他表示这是一个净负面因素。每生产 1 吨乙烯，就会从点源中吸收 6 吨二氧化碳，否则这些二氧化碳会释放到大气中。

此外，UIC 的科学家们能够通过他们的电解方法生产其他对工业有用的富碳产品。他们还实现了非常高的太阳能转换效率，将来自太阳能电池板的 10% 的能量直接转换为碳产品输出。这远高于 2% 的最新标准。对于他们生产的所有乙烯，太阳能转换效率约为 4%，与光合作用的速率大致相同。

乙烯不仅用于制造用于包装、农业和汽车行业的塑料产品，还用于生产用于防冻剂、医疗消毒器和房屋乙烯基壁板的化学品。