碳捕集的『吃货版』应用

2022-11-23整理离咲

至爱 2022年1期

整理｜离咲

2021年年初，我国提出要在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的总体目标。在这样的背景下，如何开发更多的碳减排项目，成为很多企业的课题，这其中就不得不碳捕集技术。这一技术是把发电和工业生产过程中排放的二氧化碳，或是空气中的二氧化碳进行捕集之后，对其进行再利用或永久封存，以此实现碳减排的过程。

除了运用到工业之外，关于碳捕集的创新案例和实验室成果也为民众带来了启发。在此，编者为大家特意收集了一些脑洞大开的碳捕集的“吃货版”应用。

二氧化碳变身11亿罐可乐

2021年，我国首个百万吨级碳捕集、利用与封存项目在山东启动建设。

在山东的齐鲁石化，工作人员通过低温和高压技术，回收煤制气装置尾气中的二氧化碳，这也就是完成了碳的捕集。而回收后的液态二氧化碳纯度达到99%以上，都被输送到胜利油田。而在胜利油田，工作人员将齐鲁石化捕集的二氧化碳注入到油井，这也是碳利用与封存的环节，可以提升油井的产量。每100万吨二氧化碳实现地下封存，就相当于植树近900万棵，近60万辆经济型轿车停开1年，同时保障国家能源安全。

研究表明，我国未来有近10亿多吨碳排放量要依靠碳捕集利用封存来实现碳中和，其中在能源、化工、新材料等多个领域都有开发前景。根据2021年7月中央电视台经济频道报道。

上海石化化工部乙二醇联合装置的副产物中有大量二氧化碳。通过碳捕捉将废弃的二氧化碳收集起来，再经过进一步提纯加工，获得纯度超过99.99%的食品级二氧化碳。这些二氧化碳继而会出现在可口可乐上海工厂的流水线上，并最终伴随着一瓶瓶可乐到达消费者手中。可口可乐上海工厂每年向上海石化采购约1万吨食品级二氧化碳产品，可满足11亿罐可乐产品的生产需求。上海石化则实现750万元的销售收入。

合成淀速率约是玉米8.5倍的“空气淀粉”

淀粉是人类粮食的最主要成分，同时也是重要的工业原料。目前淀粉主要由农作物通过光合作用，将太阳光能、二氧化碳和水转化而成。长期以来，科研人员一直在努力改进光合作用这一生命过程，希望提高二氧化碳和光能的利用效率，最终提升淀粉的生产效率。

2021年9月，中国科学院天津工业生物技术研究所马延和团队首次实现了利用二氧化碳人工合成淀粉，其科研成果发表在了国际权威学术期刊《科学》上，取得了国际意义上的突破性进展。此成果只需要11步核心生化反应，就可以完成从二氧化碳到淀粉的转化。其中关键一步就是二氧化碳与氢气结合变成甲醇。在这项研究中，人工合成淀粉的速率是自然渠道玉米淀粉合成速率的8.5倍，为实现高效的工业化淀粉生产提供了可能性。

从能量角度看，光合作用的本质是将太阳光能转化为淀粉中储存的化学能。因此，将光能高效地转变为化学能并储存下来成为关键。这一生物应用技术为碳捕集和利用提供了全新的循环方案。让排放在空气中的碳回到生产生活的循环中，不仅可以回收利用二氧化碳，还能生产人类赖以生存的食粮，为低碳生物经济发展打造了新循环雏形。

“也许在不久的将来，不需要种地也能够满足我们对碳水化合物的需要。”中国科学院天津工业生物技术研究所副所长王钦宏说。

火星定居“专供”：二氧化碳变糖

研究二氧化碳的应用不仅能够解决地球变暖问题，还可以为深度探索太空提供基础生存条件，NASA二氧化碳转化大赛就是将二氧化碳与太空技术结合的激励性竞赛。2020年，著名华人科学家、加州大学伯克利分校化学系教授杨培东及其团队的二氧化碳制糖，斩获了该大赛的最高奖。

此项成果将二氧化碳电化学的成果和非常古老的巴特勒夫反应结合在一起，而这一结合此前从未有人尝试。杨培东团队利用二氧化碳循环利用，为非生物糖生产打开了一扇门，提出了实现可再生糖生产的方法，也为二氧化碳转化为更复杂化学品的过程拓展了可能性。

20年来，杨培东的最早想法是解决全球气候变暖，要想解决这一问题，就得解决二氧化碳的问题。在他最早做这项研究时，是要通过碳捕集利用太阳能把它转化成有用的化学品。多年来，他所研发相关成果也同样可以解决深太空探索难题。尤其是火星上的应用，在这个上面96%的气体都是二氧化碳的星球，解决人类所需的东西都能在太空当地合成的需求问题，将是二氧化碳制糖未来最大的应用场景。