【大纪元2022年12月21日讯】（大纪元专题部记者吴瑞昌编译报导）由于工业的发达，越来越多国家对于减少碳排放要求和需求增加。目前美国成功研发出一种能够实现碳排放净负值的机器，可将捕捉到的碳元素转变成乙烯，用于工业。
乙烯常被用于制作成塑胶、包装袋、农业用品和汽车零件上。另外，汽车用的防冻剂、医疗消毒器和乙烯基类壁板或建材等物品，皆会使用到乙烯。
美国伊利诺伊大学芝加哥分校（University of Illinois Chicago，UIC）的科学家们，首次研制出将碳捕捉系统与乙烯转换系统合成的机器。虽然该机器依靠电力运行，但从环境中去除的碳元素，远高于它用电所产生的碳，达到了科学家认为的碳排放净负值。相关论文11月底发表在《能源与环境科学》杂志期刊上。
实验中，为了从空气或排烟管中捕获碳元素，研发人员在第一个系统中使用廉价的材料，修改了一个标准的人造树叶系统，在带电的膜上加入了干燥和潮湿两面。
他们把铜（Cu）网作为阴极，碳纸作为阳极。铜网作为干燥面，并涂上含有乙二醇和氢氧化胆碱（ChOH）的1.25 M KOH饱和溶液组成有机溶剂，可以让二氧化碳（CO 2）更容易附着在上面，中间再放一层阴离子交换膜（AEM）分离有机溶液和水溶液，让膜上形成碳酸氢盐或小苏打。
随着碳酸氢盐的形成，这些带负电的阴离子会透过AEM膜与潮湿面水溶液中的碳酸氢钾（KHCO3）、氯化钾（KCl）与带电的碳离子进行交换，让溶液将碳酸氢盐溶解后，释放出二氧化碳。
实验团队还使用第二个系统，将这些捕获的二氧化碳转化为乙烯。他们用铜包铝网作为阴极，同时使用银/氯化银与铂（白金）组合一起作为阳极，并且通电，而中间依然用AEM透析薄膜作为间隔。
带电的催化剂将水分子中的带电氢离子吸入后被透析薄膜隔开，最后与二氧化碳中的带电碳离子结合形成乙烯。他们将两套系统合为一体，最终形成了二氧化碳捕获和还原循环，并且共享电解质，达到有效利用电解质的目的。
另外，他们发现运转该机器时，电解质溶液的pH值会先快速下降，之后再提升，并稳定在一个pH值上。这代表溶液中有二氧化碳溶解，导致pH值快速下降；而去除二氧化碳时，pH值会上升，因此可以透过监测含电解质溶液的pH值来确定机器是否正常运转。
伊利诺伊大学在报导中提到，为了测试两套系统集成效果，研究人员制作了一个100平方厘米的两种电极的膜，形成电渗透装置，从排烟管中捕获碳，并将其液压连接到1平方厘米的电解槽以生产乙烯。
他们让该装置整整运转了7天。系统表现稳定，能每天捕捉24克的碳元素，并以每天188毫克的速度生产乙烯。由于该系统采用模块化、可堆叠的设计，使系统可以轻松地按比例放大和缩小，因此能制造更多的乙烯，且效率会更好。
伊利诺伊大学芝加哥分校化学工程系助理教授米内什·辛格（Meenesh Singh）对伊利诺伊大学新闻社表示，“我们的下一个目标是扩大碳捕获和转化集成系统，以更高的速度捕获碳元素和生产更多的乙烯。”
他还表示，“这是首次展示碳排放净负值的全电集成系统，可从污染物中捕获碳并创造高价值资源，达到碳循环的一个重要里程碑”。
他补充说，“目前迫切需要开发高效的综合碳捕获和转化技术，可以减少碳排放。由于碳捕获和转化系统大多用于高密度能源产业。这种一体式的系统，有效减少了运输和储存的需求，因此提高来能源使用效率。”◇
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