溫室效應,全球變暖,會造成惡劣的氣候變化,這已經(jīng)是一個老生常談的問題。自工業(yè)革命以來,石油作為人類目前應用最為廣泛的資源,其重要性不言而喻。 不僅如此,石油向來也是許多工業(yè)用品制造中所需的原材料,比如塑料尼龍等。因此人類最擔心的就是地球上的石油資源被開采殆盡,出現(xiàn)新的能源危機。 更重要的是,伴隨著石油的大量使用而排放出的溫室氣體——二氧化碳,也為地球的環(huán)境造成了難以彌補的破壞。據(jù)說近年來席卷北半球的寒潮、高溫、暴雪、臺風等極端天氣,都與全球變暖脫不了干系。 而根據(jù)當前的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,在2021年,大氣中平均二氧化碳(CO2)濃度達到了百萬分之414,比工業(yè)革命之前高出50%??上攵?,遏制碳排放早已是一個迫在眉睫的問題。 目前,世界各國都在努力于本世紀中葉實現(xiàn)碳中和,同時期待新技術的出現(xiàn),來緩解全球變暖的趨勢。恰巧,斯坦福大學的化學工程師實現(xiàn)了突破,現(xiàn)已將研究發(fā)表于《美國國家科學院院刊》上。 據(jù)該團隊介紹,他們一直在努力將二氧化碳轉(zhuǎn)化為其他有用的化學品,例如丙烷、丁烷或其他由碳和氫長鏈組成的碳氫化合物燃料,基本上可以說就是在制造汽油。 但問題在于烴鏈越長,生產(chǎn)就越困難。并且碳與碳的結(jié)合需要熱量和巨大的壓力,這又使得該過程成本高昂。好在功夫不負有心人,研究人員花費了七年的時間,發(fā)現(xiàn)和完善了一種新催化劑,可以增加化學反應中長鏈碳氫化合物的產(chǎn)量。 上圖:二氧化碳(黑色和紅色)和氫分子(藍色)在釕基催化劑的幫助下發(fā)生反應。 新催化劑由元素釕(一種屬于鉑族的稀有過渡金屬)組成,涂有一層薄薄的塑料。數(shù)據(jù)顯示,在相同數(shù)量的二氧化碳、氫氣、催化劑、壓力、熱量和時間的情況下,該催化劑產(chǎn)生的丁烷,是標準催化劑在最大壓力下可以產(chǎn)生的最長碳氫化合物的 1000 倍。 1000 倍啊,這是一個很恐怖的數(shù)字!而且據(jù)研究人員表示,其實驗室的反應器想要生產(chǎn)更多用于汽油的長鏈碳氫化合物,只需要更大的壓力即可!他們也確實正在建造一個擁有更高壓力的反應器。 同時,為了更有效率地執(zhí)行這一過程,他們又設想了一個“碳中和循環(huán)”,其中,二氧化碳被收集、轉(zhuǎn)化為燃料再次燃燒,由此產(chǎn)生的二氧化碳重新開始循環(huán)。 當然,在將二氧化碳變成汽油這一領域,中國也未曾示弱。2017年,中科院大連化物所研究團隊,通過設計一種新型多功能復合催化劑,首次實現(xiàn)了二氧化碳直接加氫制取高辛烷值汽油。而且轉(zhuǎn)化效率很高,在當時被同行譽為“二氧化碳催化轉(zhuǎn)化領域的突破性進展”。 而且在實際工業(yè)生產(chǎn)條件下,中國設計的催化劑,能有效避免反應中出現(xiàn)甲烷和一氧化碳等小分子化合物,使得主產(chǎn)物液態(tài)烴能占到78%,生產(chǎn)出的汽油的苯、烯烴和芳香烴的組成也能滿足國五標準。重點是如果實現(xiàn)規(guī)模性生產(chǎn),其轉(zhuǎn)化效率還會進一步提高,且能夠在高效產(chǎn)能下,穩(wěn)定運轉(zhuǎn)1000小時以上。 此外,中國科學家不僅實現(xiàn)了二氧化碳變汽油,也實現(xiàn)了二氧化碳變塑料。據(jù)了解,中科院長春應化所自1997年起,就已經(jīng)開始布局二氧化碳基生物降解材料的應用基礎研究,而且早已實現(xiàn)了工業(yè)化量產(chǎn)。 每年生產(chǎn)的數(shù)萬噸塑料可被用于生產(chǎn)塑料袋、快遞包裝、農(nóng)用地膜等。而且相比于傳統(tǒng)塑料,中科院長春應化所研制的這種二氧化碳基塑料,可以實現(xiàn)生物降解,具有更好的環(huán)保性能。 所以說,其實中國早就掌握了將二氧化碳變成汽油的相關技術,并且還能夠用二氧化碳合成淀粉,且淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的 8.5 倍。該技術有望解決人類的糧食安全問題,讓更多的人能夠吃得飽飯,甚至為奔向宇宙星河奠定基礎。 由此可見,這項技術可比合成汽油的難度更高,就連美國都非常羨慕。但既然中國早已掌握了將二氧化碳變成石油的技術,卻為何沒有大規(guī)模普及呢? 其實原因非常簡單,那就是成本比較昂貴,至少比起從石油中直接提取,還是要花費更高的代價,所以并不劃算。但想來隨著這種技術的進一步發(fā)展,還是能為解決溫室效應提供新思路的。一旦大規(guī)模的推廣,完全有可能讓地球的變暖暫停,挽救危在旦夕的地球環(huán)境。 同時,該技術還可以讓人們不再為風力發(fā)電、太陽能發(fā)電的不穩(wěn)定性而煩惱。因為我們可把這些電力用于“碳轉(zhuǎn)油”的生產(chǎn)上,成功將電能轉(zhuǎn)化為化學能儲存起來。畢竟現(xiàn)在全世界5年的電池產(chǎn)能,也只夠東京用3天,因此該技術的應用前景不可低估。順便一說,這是不是就意味著石油不全是由有機物生成的? |
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