原子在阳光下穿过水和带电膜的抽象示意图。图片来源：米内什·辛格

科技日报记者 张梦然

美国伊利诺伊大学芝加哥分校(UIC)研究人员发现了一种方法，可将工业废气中捕获的二氧化碳100%转化为乙烯。乙烯是塑料产品的关键成分，当使用可再生能源运行时，该技术可使塑料生产实现净负排放。相关论文发表在最近的《细胞报告·物理科学》上。

十多年来，虽然研究人员一直在探索将二氧化碳转化为乙烯的可能性，但UIC团队首次实现了将二氧化碳完全转化为碳氢化合物。他们的系统通过电解将捕获的二氧化碳气体转化为高纯度乙烯，副产品为其他碳基燃料和氧气。

该工艺可将6吨的二氧化碳转化为1吨乙烯，回收几乎所有捕获的二氧化碳。由于该系统依靠电力运行，因此使用可再生能源可使该过程产生负碳。新方法通过实际减少工业二氧化碳总排放量，超越了其他碳捕获和转化技术的净零碳目标。

先前将二氧化碳转化为乙烯的尝试，依赖于在二氧化碳排放流中产生乙烯的反应器，通常只有10%的二氧化碳排放会转化为乙烯，乙烯随后必须在通常涉及化石燃料的能源密集型过程中与二氧化碳分离。

而在新方法中，电流通过一个“电池”，其中一半充满捕获的二氧化碳，另一半充满水基溶液。带电催化剂将水分子中的带电氢原子吸引到由膜隔开的单元的另一半，在那里它们与二氧化碳分子中的带电碳原子结合形成乙烯。

在全球化学品制造过程中，乙烯的碳排放量仅次于氨和水泥，位居第三。乙烯不仅用于制造塑料产品，还用于生产防冻剂、医用消毒剂等化学品。

乙烯通常利用蒸汽裂解过程制造，该过程需要大量的热量。裂解生产每吨乙烯产生约1.5吨的碳排放。平均而言，制造商每年产生约1.6亿吨乙烯，这导致全球二氧化碳排放量超过2.6亿吨。

除了乙烯之外，研究团队还通过他们的电解方法生产出其他工业用富碳产品同时还实现了非常高的太阳能转换效率，将来自太阳能电池板10%的能量直接转换为碳产品输出，这远高于目前最先进的2%标准。就新方法生产的所有乙烯而言，太阳能转换效率约为4%，与光合作用的效率大致相同。