原子在陽光下穿過水和帶電膜的抽象示意圖。圖片來源：米內什·辛格

   科技日報記者?張夢然

美國伊利諾伊大學芝加哥分校（UIC）研究人員發現了一種方法，可將工業廢氣中捕獲的二氧化碳100%轉化為乙烯。乙烯是塑料產品的關鍵成分，當使用可再生能源運行時，該技術可使塑料生產實現凈負排放。相關論文發表在最近的《細胞報告·物理科學》上。

十多年來，雖然研究人員一直在探索將二氧化碳轉化為乙烯的可能性，但UIC團隊首次實現了將二氧化碳完全轉化為碳氫化合物。他們的系統通過電解將捕獲的二氧化碳氣體轉化為高純度乙烯，副產品為其他碳基燃料和氧氣。

該工藝可將6噸的二氧化碳轉化為1噸乙烯，回收幾乎所有捕獲的二氧化碳。由于該系統依靠電力運行，因此使用可再生能源可使該過程產生負碳。新方法通過實際減少工業二氧化碳總排放量，超越了其他碳捕獲和轉化技術的凈零碳目標。

先前將二氧化碳轉化為乙烯的嘗試，依賴于在二氧化碳排放流中產生乙烯的反應器，通常只有10%的二氧化碳排放會轉化為乙烯，乙烯隨后必須在通常涉及化石燃料的能源密集型過程中與二氧化碳分離。

而在新方法中，電流通過一個“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單元的另一半，在那里它們與二氧化碳分子中的帶電碳原子結合形成乙烯。

在全球化學品制造過程中，乙烯的碳排放量僅次于氨和水泥，位居第三。乙烯不僅用于制造塑料產品，還用于生產防凍劑、醫用消毒劑等化學品。

乙烯通常利用蒸汽裂解過程制造，該過程需要大量的熱量。裂解生產每噸乙烯產生約1.5噸的碳排放。平均而言，制造商每年產生約1.6億噸乙烯，這導致全球二氧化碳排放量超過2.6億噸。

除了乙烯之外，研究團隊還通過他們的電解方法生產出其他工業用富碳產品同時還實現了非常高的太陽能轉換效率，將來自太陽能電池板10%的能量直接轉換為碳 產品輸出，這遠高于目前最先進的2%標準。就新方法生產的所有乙烯而言，太陽能轉換效率約為4%，與光合作用的效率大致相同。