全球变暖威胁持续存在，危及人类社会和生态系统。二氧化碳是导致气候变化的温室气体的主要贡献者。为了应对这一问题并实现碳中和，研究人员开发了一种电还原系统来对抗碳足迹。该装置将有效地将二氧化碳转化为乙烯用于工业用途。
香港理工大学（理大）的研究人员开发出一种持久耐用、高度智能且节能高效的二氧化碳（CO2）电还原系统。该系统能够高效地将CO2转化为工业用乙烯，为遏制CO2排放提供了一种强有力的解决方案。理大的项目是一项卓越的合作成果，汇集了来自牛津大学、台湾国家同步辐射研究中心和江苏大学的研究人员。
在刘教授的指导下，研究团队已开始研究电催化二氧化碳还原方法。刘教授是纳米材料领域的知名专家，也是应用物理学系主任。通过利用可持续电力，他们可以有效地将二氧化碳转化为乙烯。这为乙烯生产提供了一种更加环保和稳定的方法。该技术几乎可以投入大规模生产。它有可能通过关闭碳循环并实现碳中和来彻底改变行业。
“我们将继续改进以提高产品选择性，并寻求与业界合作的机会。显然，这种APMA电池设计是向乙烯和其他高价值化学品绿色生产转型的基础，并有助于减少碳排放，实现碳中和的目标，”丹尼尔·刘教授说。
乙烯（C2H4）是全球需求量极大的化学品，主要用于生产聚乙烯等聚合物。这些聚合物是众多塑料和化学纤维产品的基础原料，而这些产品对我们的日常生活至关重要。然而，由于乙烯主要来源于石油化工，其生产过程会产生大量的碳排放。
关于流程
刘教授的创新方法利用纯水作为无金属阳极液，无需使用碱金属电解质。这进一步防止了碳酸盐的形成和盐的沉积。APMA系统由以下部分组成：
- 阴离子交换膜 (AEM)
- 质子交换膜 (PEM)
- 所得膜组件（MA）
我们成功开发了一种不含碱金属的电池堆，该电池堆由APMA和铜电催化剂组成，能够以高达50%的选择性高效生产乙烯。此外，该电池堆在10A的工业级电流下展现出超过1,000小时的优异运行寿命，与现有系统相比实现了显著进步，并可轻松扩展至工业规模。
研究人员开发了一种高效的电化学还原系统，旨在减少碳排放，该系统包含一个关键要素，即特制电催化剂。铜因其在化学工业中催化各种反应的能力而闻名。然而，研究团队使用的催化剂具有几个显著的特性。
无数纳米级铜球表面纹理复杂，包括台阶、堆垛层错和晶粒边界。这些缺陷与理想的金属结构形成鲜明对比，为反应的进行创造了有利环境。
其他成就
进一步的测试表明，碳酸盐和盐类的生成得到了有效抑制。此外，二氧化碳和电解质在反应过程中均未发生损失。这一点至关重要，因为在之前的工艺中，由于阳极液中碱金属离子的扩散，部分电解质会损失。这是因为之前的工艺使用的是双极膜而非APMA膜。此外，氢气生成量超过乙烯生成量的问题也得到了显著改善。这个问题曾严重影响之前在酸性阴极环境下运行的系统。
研究人员开发出一种用于对抗碳足迹的电还原系统，预计很快就会开始大规模生产。研究人员表示，这将更有效地控制工业排放。
