如何將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的化學(xué)產(chǎn)品，這是科學(xué)家們幾十年來一直在探索的課題。不過就在最近，一個(gè)由中國領(lǐng)導(dǎo)的研究小組似乎找到了答案，而且有可能應(yīng)對未來的氣候變化。

溫室氣體是導(dǎo)致全球變暖的第一大原因。迄今為止，為控制溫室氣體而設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)一直難以長時(shí)間運(yùn)行，這使得它們在實(shí)驗(yàn)室之外無法運(yùn)行。

但是，華中科技大學(xué)的研究人員宣布了一項(xiàng)突破，他們發(fā)明了一種電解系統(tǒng)，可以將碳轉(zhuǎn)化為甲酸，效率超過93%。更重要的是，該系統(tǒng)可以連續(xù)運(yùn)行至少5000小時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過任何其他已知的正在研究的設(shè)備。

研究負(fù)責(zé)人、華中科技大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院教授夏寶玉表示，這一壯舉可能標(biāo)志著“邁向工業(yè)應(yīng)用的一個(gè)里程碑”。該研究結(jié)果由華中科技大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和奧克蘭大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員共同努力發(fā)表在《自然》雜志上。

甲酸在化工、能源、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 其主要用途是作為牲畜飼料中的防腐劑和抗菌劑，但它也可用于燃料電池、皮革鞣制、馬桶清潔劑等其他方面。

另一個(gè)好處是，這種新工藝中使用的電解質(zhì)可以直接從廢鉛酸電池中獲取，這是一種更環(huán)保、更可持續(xù)的選擇。

夏寶玉表示：“實(shí)現(xiàn)二氧化碳轉(zhuǎn)化是這一領(lǐng)域的前沿研究。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的主要方法是電化學(xué)方法，即用電來改變化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)?！边@個(gè)過程包括破壞二氧化碳的化學(xué)鍵，然后加入氫來生產(chǎn)各種有價(jià)值的碳?xì)浠衔铮缂姿?、甲醇、乙醇、烷烴或烯烴。

電解液或電解過程中使用的關(guān)鍵試劑通常是堿性原料。但缺點(diǎn)是化學(xué)反應(yīng)經(jīng)常產(chǎn)生不需要的副產(chǎn)品，比如碳酸鹽。它們以沉淀物的形式附著在電解設(shè)備上，對設(shè)備的效率和壽命產(chǎn)生重大影響。

夏說:“這些努力未能將科學(xué)轉(zhuǎn)化為適用的技術(shù)，因?yàn)樗鼈兎€(wěn)定性差，只能在實(shí)驗(yàn)室中運(yùn)行幾百小時(shí)?！?/p>

在過去的五年里，這項(xiàng)研究背后的團(tuán)隊(duì)一直在嘗試一種新的想法，其中包括使用鉛酸電池的一些關(guān)鍵部件。但電解過程在酸性環(huán)境下非常不穩(wěn)定，加速化學(xué)反應(yīng)所需的催化劑很容易被腐蝕。

研究人員最終提出了一系列解決方案，包括開發(fā)一種轉(zhuǎn)化效率高、不易腐蝕的催化劑。

使用從鉛酸電池中提取的催化劑意味著他們的設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)超過5000小時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行記錄。夏指出：“這是邁向工業(yè)應(yīng)用的重要一步。”

鉛酸電池是一種穩(wěn)定、成熟的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于汽車、通信、能源等領(lǐng)域。

然而，廢舊電池的回收過程是能源密集型且繁瑣的——因?yàn)樵谔崛°U離子之前，它們必須被焚燒。鉛是一種非常有效的轉(zhuǎn)化溫室氣體的化學(xué)物質(zhì)，但它也是一種有毒的重金屬。不過新系統(tǒng)將允許電池以有效的方式直接重復(fù)使用。

夏說，隨著進(jìn)一步的發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)可以用于碳密集型行業(yè)，如化石燃料公司，幫助他們脫碳。但他表示，將其擴(kuò)大到工業(yè)用途可能會(huì)帶來影響操作的挑戰(zhàn)，比如設(shè)備會(huì)發(fā)熱。

通過持續(xù)的研究，該團(tuán)隊(duì)希望將二氧化碳轉(zhuǎn)化為比甲酸更有價(jià)值的產(chǎn)品，比如乙烯，乙烯被用于從紡織品到防凍劑再到乙烯基的所有領(lǐng)域，被稱為“世界上最重要的化學(xué)品”。