用二氧化碳制造日用化学品


  暴露在自然环境中时,铜的表面会变绿,因为它与氧气发生了反应。但是现在科学家们发现了一种以铜为基础的材料,它有个令人惊奇的特质:它可与空气中的二氧化碳发生反应而不仅仅是氧气。虽然这个反应无法去除空气中大量的二氧化碳,但是它开辟了一条新的道路:用廉价的非石油原料制造有用的化学品。

  长期以来,研究人员一直在寻找这样的材料,灵感来自于植物,因为它们能利用大气中的二氧化碳制造一系列有用的物质。但是之前的各种方法总是不尽如人意。比如,需要大量的能量以及集中的二氧化碳流,而不是捕捉空气中的二氧化碳。其中一个很大的问题在于材料通常都会先与氧气反应,因为它的活性更大而且量也更足。大气中氧气的含量为20%,而二氧化碳的浓度仅为百万分之几百。

  有了新的材料,“需要投入的能量就很低,” 位于华盛顿州里奇兰德的西北太平洋国家实验室(Pacific Northwest National Laboratory)高级科学家丹尼尔•杜波依斯(Daniel DuBois)表示,但他并没有参与这项研究。“它能束缚并直接减少大气中二氧化碳含量的事实令人震惊。我从没想过你们能做到这一点。”

  当这种铜材料暴露在空气中时,它会与两个二氧化碳分子结合形成草酸盐。然后研究人员将其暴露在锂盐中,去除表面上的草酸盐,形成草酸锂。只要给这种铜通上低压电,它就又能回到初始状态,并且可以再次捕捉二氧化碳。荷兰莱顿大学的无机化学高级讲师伊丽莎白•鲍曼(Elisabeth Bouwman)说,草酸锂很容易转化为草酸,草酸是家庭清洁剂如除锈剂的一种成分。她领导的研究小组发现了这种材料。草酸也可以用来制造乙二醇,它是一种防冻剂,也是一些常见塑料的原料。

  但是鲍曼指出这种材料的商业应用还有“很长的路”要走。一方面,它的反应非常慢——需要一个小时完成一个循环。还有,这一过程,实际上其他任何将二氧化碳转化为日用化学品的过程也一样,不可能显著减少大气中的二氧化碳水平。即使这个反应过程加快速度——或者昂贵的锂盐能用钠代替以降低成本——对这种化学品的需求也不会大到能使二氧化碳水平大幅降低。举个例子,美国生产的最大量的化学品也只不过是几千万吨的规模。而美国每年的二氧化碳排放量大约为60亿吨。

  目前研究人员正在试验新的材料,做微小的改变,以研究它的反应过程并改善其性能。