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那福忠,知名電子出版專家、網路作家。
   
  把二氧化碳轉換成有用的材料
  那福忠 March 31, 2014
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   二氧化碳占溫室效應氣體的 80%,最新的統計是全球每年排放 350 億公噸,對地球環境的危害人人皆知。二氧化碳是氣體,沒有簡單的辦法抓一把來秤重量,一公噸是一千公斤,是重量,那一公噸的二氧化碳究竟是什麼概念?二氧化碳 (CO2) 是由一個碳原子與兩個氧原子組成的,每一個原子都有重量,所以二氧化碳有重量,只不過因為太輕要用容器來裝才好計算,科學家給了一個簡便的算法,就是把二氧化碳裝進四輛大型巴士合到一起的容器,裡面的二氧化碳就重一公噸。


(圖片取自網路)

   如果把 350 億公噸二氧化碳裝進一個容器,這個容器就需要 1400 億輛大巴士疊在一起。另有一些有趣也很可怕的環保比喻,一輛燃油的小轎車平均每跑一萬公里,所排放二氧化碳的重量就等於這輛汽車的重量,或是同時有五十家人在戶外烤肉,大家飽餐一頓之後,一公噸的二氧化碳就升天了。說起來,我們隨時隨地不知不覺的,都在製造二樣化碳。

   這麼多的二氧化碳難道就不能想辦法拿來用嗎?植物需要二氧化碳,是最大的「當然用戶」,但顯然用的不夠多。用人工方法轉換成有用的產物,是另一個方向,許多科學家正在研究,也發展出許多成果。去年夏天,加拿大拉瓦爾 (Laval) 大學的學者,就研究出把二氧化碳轉換成甲醇的技術,甲醇俗稱木精,也就是工業酒精,有很多用途。

   大家都知道酒精、或是甲醇可以燃燒,然後產生水與二氧化碳,如果能把這個程序還原,就可以把二氧化碳回轉成甲醇,所需要的是一個促成化學反應的觸媒 (Catalyst),也就是催化劑。經多次實驗,最後找到一種硼氫化合物 (Hydroborane) 作為觸媒,比其他觸媒有效兩倍,而且沒有殘留物,是一個完美的化學反應。但合成這種觸媒需用大量的電力,轉換甲醇的成本高過甲醇本身的價值,顯然需要進一步的研究。

   用金或銀做觸媒,可以把二氧化碳轉換成有用的一氧化碳 (CO),是已知的技術,有鑑於成本太高,美國德拉瓦 (Delaware) 大學的化學家們換一種觸媒:金屬 (Bi),結果發現效果非好。鉍是一種存在自然界的金屬,價格僅是金價的兩千分之一,與玻璃碳 (Glassy Carbon) 合在一起做電極,可以達到 95% 的高效率。採用鉍雖然降低成本,但運轉仍需用大量電力,經濟效益不得不打折扣。

   美國一家新興的公司叫 Liquid Light,日前宣布有重大突破,把二氧化碳轉換成二甘醇 (Ethylene Glycol),二甘醇是化學合成的常用原料,可用作溶解硝化纖維、樹脂、染料、油類及其它有機化合物的溶劑,也用作濕潤劑、冷凍劑、印刷油墨、黏合劑、液壓系統等多項用途。

   轉換的觸媒是兩片少許分開的金屬電極,每片約一米見方(左圖、取自網路),但觸媒不是金屬本身,是塗抹在金屬電極上的草酸鹽 (C2O42-)。二氧化碳經過兩次電極的觸媒反應,轉換成二甘醇,而且沒有殘留有害產物,也因為不以金屬本身做觸媒,所耗電力不多。

   這家公司並沒有透露進一步的技術細節,僅說製造二甘醇的成本很低,約為一般製造成本的五分之一,所需電力如果來自再生能源,成本自然就更低,要擴增功能只需把多個電極串連起來,不需額外設備,最有效的方式就是直接安裝在工廠排放廢氣的出口。這些潛在優勢,業界認為有商轉的機會,已有基金投入這家公司。

   轉換二氧化碳成有用的材料,自然是重大挑戰,全球的科學家莫不研究各種方法與轉換的觸媒,不過以目前的發展與全球排放二氧化碳的速度來比,仍需要一段很長時間研發才能看到效果。

   二氧化碳到底能轉換成什麼材料?太多了。可間接或直接的轉換成為:化學原料、油料、燃料、塗抹劑、潤滑劑、填充物、塑膠產物、建築材料、水泥,這僅是清單的一小部份。






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