碳捕捉技术可在稳定大气中温室气体浓度方面发挥重要作用。跟碳捕捉技术密切相关的是碳封存和碳利用。

把捕捉的碳封存起来，是一个巨大的工程，需要耗费大量运输成本和能耗，还需要占用很大的地质空间。

如果能将捕获的二氧化碳充分高效利用，则是一个两全其美的办法。

当然，利用废气二氧化碳制作各种产品，并不稀奇，有很多类似的案例，比如制取甲醇、伏特加、钻石、混泥土，甚至糖类等。这里最关键的问题在于转换效率、能耗和成本。

目前，由伊利诺伊大学芝加哥分校（UIC）的Meenesh Singh领导的一个研究小组在二氧化碳转化上获得了重大突破，这个研究团队发现了一种从工业废气中捕获的二氧化碳100%转化为乙烯的方法，乙烯是合成塑料和橡胶的关键组成部分。

这是一种通过使用电解的方式，将捕获的二氧化碳转化为高纯度乙烯，能够将多达6吨的二氧化碳转化为1吨乙烯，实现近100%的二氧化碳转化。

这一成果发表在《细胞报告·物理科学》（Cell Reports Physical Science）杂志上。

图说：伊利诺伊大学的研究人员在观察设备。

来源：Jim Young/UIC Engineering

电解装置让转化率极高

将二氧化碳转化为乙烯，这种探索，研究人员一直在进行，以前将二氧化碳转化为乙烯的尝试都依赖于在来源二氧化碳排放流中产生乙烯的反应堆。在这些情况下，效率并不理想，通常只有10%的二氧化碳排放转化为乙烯。而且，乙烯必须在一个通常涉及化石燃料的能源密集型过程中从二氧化碳中分离出来。

但伊利诺伊大学团队的方法据说是第一个实现近100%利用二氧化碳生产碳氢化合物的方法。他们的系统使用电解将捕获的二氧化碳气体转化为高纯度的乙烯，以及其他碳基燃料和氧气作为副产品。

图说：二氧化碳捕获和乙烯制造的电解装置示意图

来源：sciencedirect

这种方法本质是一种电化学装置，电流通过电池，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另一个单元，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，这就是方法。所以，转化率极高。

当然，很多人可能看到，这个方法不是也需要“催化剂”吗？所需要的成本大吗？这个研究团队没有明确说明。

不过，据研究团队称，这个过程可以将多达6吨的二氧化碳转化为1吨的乙烯，回收几乎所有捕获的二氧化碳。此外，该系统依靠电力运行，使用可再生能源可以使该过程产生碳负。

根据研究负责人Meenesh Singh的说法，该团队的方法通过减少工业二氧化碳排放总量，超过了其他碳捕获和转化技术的净零碳目标。

“这是净负碳的，” Meenesh Singh说。“每生产一吨乙烯，你就会从点源中吸收六吨二氧化碳，否则这些二氧化碳就会释放到大气中。”

应用场景广泛

乙烯是一种用于制造塑料产品和化学品的有机化合物，其碳排放在全球排名第三，仅次于氨和水泥。乙烯不仅用于制造包装、农业和汽车行业的塑料产品，而且还用于生产防冻剂、医用消毒剂和房屋的乙烯基壁板等化学品。所以用途还是很广泛的。

乙烯通常是通过蒸汽裂解生产的，这是一个需要大量热量的过程。每产生一吨乙烯，裂解就会产生大约1.5吨的碳排放。制造商平均每年生产约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，伊利诺伊大学的科学家还能够通过他们的电解方法生产出对工业有用的其他富碳产品。据称，它们还实现了非常高的太阳能转换效率，将太阳能电池板10%的能量直接转化为碳产品输出，高于2%的最先进标准。对于他们产生的所有乙烯，太阳能转换效率约为4%，与光合作用的速度大致相同。

不管怎样，能够实现近100%的二氧化碳转化，对地球的温室效应缓解还是非常具有帮助的，特别是在直接产生二氧化碳的角度上来讲，更具有价值。

但是，在该项目没有大规模被运用起来之前，对地球的变化影响可能还微不足道，但只要是相对较便宜的技术，应用场景也比较广泛，商业价值将很快被发掘出来。