近日，英国剑桥大学研究人员开发了一种太阳能反应堆，可将捕获的二氧化碳（CO2）和塑料废物转化为可持续燃料和其他有价值的化学产品。在测试中，CO2被转化为合成气，这是可持续液体燃料的关键组成部分；塑料瓶则被转化为广泛用于化妆品行业的乙醇酸。研究成果发表在最新一期《焦耳》杂志上。

照片显示从空气中捕获碳并将其转化为燃料，同时将废塑料转化为化学品。图片来源：《焦耳》网站

具体而言，每个隔间中还包含一个单元，该单元吸收光的能量并利用它来触发一个催化剂，将原料转化为更有用的东西。光吸收器是过氧化物，它正在成为一种有前途的太阳能电池材料，而催化剂可以根据所需的最终产品来改变。

例如，使用一种铜钯合金催化剂能够将PET塑料瓶转化为乙醇酸，这是一种用于化妆品行业的化学品。使用一种钴化合物将二氧化碳转化为一氧化碳，使用一种铜铟合金也能将合成气转化为一氧化碳。

CO2和废塑料“变身”燃料实现零碳

剑桥大学化学系欧文·赖斯纳领导的研究团队一直在开发可持续、净零碳燃料，他们利用光合作用原理开发的人造树叶，仅利用太阳能就能将CO2和水转化为燃料。但迄今为止，他们的太阳能驱动实验使用的是来自钢瓶的纯净、浓缩的CO2，要使该技术具有实际用途，还需要能够从工业过程中或直接从空气中主动捕获CO2。

为此团队调整了他们的太阳能驱动技术，使其直接用于工业废气或空气，仅利用太阳能，将CO2和塑料转化为燃料和化学品。

通过向含有碱性溶液的系统鼓入空气，CO2有选择地被捕获，空气中存在的其他气体（例如氮气和氧气）会以气泡形式无害地释出。这一过程使研究人员能够将空气中的CO2集中在溶液中，使其更易于使用。

集成系统包含光电阴极和阳极。该系统有两个隔间：一侧是捕获的CO2溶液，被转化为简单的燃料合成气；另一侧，仅利用阳光就可以将塑料转化为有用的化学物质。

与早期技术测试不同，该团队是从工业废气或空气等现实来源中提取的CO2，而且让太阳能系统转化了两种有害废物——塑料和废气，将它们变成真正有用的东西。

在气候变化大背景下，节能降碳和环境保护日益成为全球关注的重要议题。要实现相关目标，可以从多种途径着手推进：在公众教育层面，可以不断提升公众的节能环保意识，号召人们践行绿色低碳的生活方式；在产业发展层面，可以大力发展新能源产业，推动传统产业节能改造，推广节能设备和产品；在科技研发层面，可以鼓励节能环保领域前沿技术的研发和探索，加大资金、人才等方面的投入。值得一提的是，近年来与节能降碳和环境保护相关的科技研发愈加受到重视，成为科技界的“热门领域”。

此前，也有技术团队研究出开创性的废塑料再利用技术！

延伸阅读：新技术将塑料废弃物转化为可吸收二氧化碳的碳捕捉剂

2022年4月份，莱斯大学实验室研究人员开发的一项新技术将难以处理的塑料废弃物变成碳捕捉剂，使其能吸收多余的二氧化碳。

莱斯大学化学家James Tour和共同第一作者莱斯大学校友Wala Algozeeb、研究生Paul Savas和博士后研究员Zhe Yuan在美国化学学会期刊《ACS Nano》上报告说，在乙酸钾的存在下加热塑料垃圾产生了具有纳米级孔隙的颗粒，可以捕获二氧化碳分子。

他们报告说，这些颗粒可用于从烟气流中去除二氧化碳。“像发电厂排气管这样的二氧化碳排放点源可以安装这种废塑料衍生的材料，以去除通常会充满大气的大量二氧化碳，”Tour说。“这是一个很好的方法，可以让一个问题，即塑料废弃物，解决另一个问题，即二氧化碳排放。”

他表示，目前一种被称为化学回收的热解塑料的工艺产生了油、气体和蜡，但碳副产品几乎是无用的。然而，在有乙酸钾的情况下热解塑料产生的多孔颗粒在室温下能够容纳其自身重量18%的二氧化碳。

此外，虽然典型的化学回收对固定碳含量低的聚合物废物不起作用，以生成二氧化碳吸收剂，包括城市垃圾中的主要成分聚丙烯和高密度和低密度聚乙烯，但这些塑料在用乙酸钾处理时对捕捉二氧化碳特别有效。

该实验室估计，从燃烧后烟气等点源捕获二氧化碳的成本为每吨21美元，远远低于通常用于从天然气进料中提取二氧化碳的能源密集型、基于胺的工艺，后者的成本为每吨80-160美元。

与胺基材料一样，这种吸收剂可以被重复使用。将其加热到大约75摄氏度，从孔隙中释放出被困的二氧化碳，使该材料约90%的结合点再生。

由于它在75摄氏度下循环，聚氯乙烯容器足以取代通常需要的昂贵的金属容器。研究人员指出，这种吸收剂预计比液态胺有更长的使用寿命，减少了因腐蚀和油泥形成而导致的停工时间。

为了制造这种材料，废塑料被制成粉末，与乙酸钾混合，并在600摄氏度下加热45分钟，以优化孔隙，其中大部分孔隙约为0.7纳米宽。更高的温度导致了更宽的孔隙。研究人员说，这个过程还产生了一种蜡的副产品，可以回收到洗涤剂或润滑剂中。