11月27日
一个研究小组在新加坡国立大学(NUS)设计了一个模拟自然光合作用的原型装置，仅使用水、阳光和二氧化碳就能合成乙烯气体。
这项创新技术涉及使用温和的化学物质在环境温度和压力下合成乙烯，可以改进为普遍的乙烯合成技术提供更可持续和更环保的替代品。
新加坡国立大学的研究团队开发了人工光合作用系统，仅利用阳光、二氧化碳和水就能产生乙烯。资料来源:新加坡国立大学
这一进展由新加坡国立大学理学院化学系和新加坡太阳能研究所(SERIS)的助理教授Jason Yeo Boon Siang领导，首次发表在著名科学杂志《ACS可持续化学与工程》上。
当前乙烯生产的挑战
乙烯是聚乙烯的基本成分，是一种重要的化学原料，大量合成用于生产纤维、橡胶和塑料。仅2015年，全球就合成了超过1.7亿吨乙烯。此外，到2020年，全球乙烯需求量预计将超过2.2亿吨。
现有的乙烯工业合成涉及化石燃料在750-950°C的蒸汽裂解，这需要大量的能源和更大量的自然燃料资源。在现有技术中，每合成一吨乙烯会排放近两吨二氧化碳，从而留下相当大的碳足迹。从本质上讲，人们对一种环境友好型和高度可持续的乙烯合成方法的要求越来越高。
采用人工光合作用
杨助理教授及其同事认为有必要采用更环保的技术;因此，他们采用可再生能源来合成乙烯。最初，在2015年，研究人员开发了一种铜催化剂，能够在电力驱动下从易于获取的二氧化碳和水中产生乙烯。然后，铜催化剂被送入人工光合作用系统，利用太阳能将水和二氧化碳转化为乙烯。开发的原型装置进行反应实现了30%的乙烯法拉第效率，这取决于使用太阳能产生的电子的数量。太阳能到乙烯转换的总能量效率也与植物进行自然光合作用的能量效率水平相当。
碳捕获是对抗人为气候变化的关键一步。大气中二氧化碳的浓度一直在稳步上升，因为二氧化碳排放的速度超过了碳捕获的速度。这被认为是导致不良环境变化的全球变暖的主要原因。我们的设备不仅使用了完全可再生的能源，而且还将二氧化碳这种温室气体转化为有用的东西。这可能会关闭碳循环。
新加坡国立大学科学系化学系及新加坡太阳能研究所助理教授杨文祥
除此之外，研究人员还在原型装置中加入了电池，以实现持续稳定的乙烯合成，这是人工光合作用系统中的一个重大困难。电池储存白天收集的剩余太阳能，以便在夜间或低光条件下为设备供电，从而确保一整天的操作不受太阳能变化的影响。2022世界杯美洲区赛程表
这一创新是开发可扩展的人工光合作用系统的重要里程碑，可用于可持续和清洁合成乙烯等重要有机分子。
在未来，研究人员将不断开发他们的装置来增加乙烯的合成，也将使用类似的系统来合成液体燃料，例如丙醇和乙醇。