Phil De Luna展示了如何通过“绿色技术”替代化工产品中的化石燃料。
化石燃料是化学工业的支柱之一，它为全球不断增长的人口提供了燃料、织物和化肥等。phys.org网站4月25日报道，加拿大多伦多大学的研究人员Phil De Luna等介绍了一种替代技术：可再生电合成。该技术有望引领可持续化学工业的新方向，最终为人类后代留下更多的石油和天然气。Luna主要在多伦多大学从事电合成用催化剂的研究。他在去年入选了《福布斯》30岁以下能源领域创新作者名单。Luna和导师Ted Sargent教授等共同完成了研究，相关成果刊登于《科学》杂志中。
Luna说：“随着人口增长和生活水平的提高，人类社会对化石燃料的需求与日俱增。不论是手机中的聚合物材料，还是衣服中的合成纤维，化石燃料的身影都无处不在。要改变这个现状需要进行大规模的全球性变革。在某些领域已经有了替代品，例如电动汽车已经逐步取代内燃机汽车。我们开发的可再生电合成技术也可以为石化行业做类似的工作。”
为了将化石燃料转化为塑料、肥料等产品，石化行业需要重新整合化石燃料中的长链碳分子，过程涉及高温和高压条件。不使用化石燃料，而以空气中的二氧化碳作为原料，用创新的催化剂和可再生能源电力在室温和常压下驱动整合过程是Luna等设计的可再生电合成技术的出发点。通过技术改造，新技术制备的化学构筑块也能够适应现有的基础设施。
有人将可再生电合成技术与植物的光合作用进行了比较，质疑电合成技术的优点是否突出。Luna认为，与植物光合作用相比，电合成的优势在于速率和吞吐量。植物虽然很擅长二氧化碳转化，但它们也会将产生的能量用于自身新陈代谢，效率不高。并且，种植一吨可用木材的树林可能需要10~15年时间。电合成技术则像将5万棵树的二氧化碳捕集-转化能力集成到了一个冰箱大小的盒子中。对于电合成技术，Luna等主要考虑了两个因素：电力本身的成本和电-化学转换效率。为了与传统方法竞争，新技术的电力成本需低于4美分每千瓦时，电-化学转换效率需要达到60%或更高。在魁北克等水力资源丰富的地区，可再生能源的成本低至不足3美分每千瓦时。从经济潜力角度来看，新电合成技术已经接近成功。设计提高电-化学转化效率的催化剂是比较困难的。Luna说：“对乙烯而言，我见过的最高效率为35%，对于其他构筑块（如一氧化碳），我们的效率已接近50%。当然，所有这些都是在实验室中完成的，要将其扩大到工业级别，难度会更大。但我认为新技术的前景是光明的。”
目前，Luna已开始担任加拿大国家研究委员会清洁能源项目的项目负责人，负责一项2100万美元的合作项目的研发。
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编译：雷鑫宇
责编：唐林芳
期刊来源：《科学》、《自然能源》
期刊编号： 0036-8075、2058-7546
原文链接：https://phys.org/news/2019-04-petro-petrochemicals-industry.html
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