太阳能系统将塑料和温室气体转化为可持续燃料

研究人员开发了一种系统，可以将塑料废物和温室气体转化为可持续燃料和其他有价值的产品——仅使用来自太阳的能量。

剑桥大学的研究人员开发了该系统，该系统可以同时将两种废物流转化为两种化学产品——这在太阳能反应堆中尚属首次。

该反应器将二氧化碳 (CO2) 和塑料转化为可用于各行各业的不同产品。在测试中，二氧化碳被转化为合成气，这是可持续液体燃料的关键组成部分，塑料瓶被转化为乙醇酸，广泛用于化妆品行业。通过改变反应器中使用的催化剂类型，可以轻松调整该系统以生产不同的产品。

利用太阳能将塑料和温室气体——自然界面临的两大威胁——转化为有用和有价值的产品，是向更可持续的循环经济过渡的重要一步。结果发表在《 自然综合》杂志上。

“利用太阳能将废物转化为有用的东西是我们研究的主要目标，” 该论文的资深作者 Yusuf Hamied 化学系的Erwin Reisner 教授说。“塑料污染是世界范围内的一个大问题，通常，我们扔进回收箱的许多塑料都会被焚烧或最终进入垃圾填埋场。”

Reisner 还领导 剑桥循环塑料中心 (CirPlas)，该中心旨在通过将蓝天思维与实际措施相结合来消除塑料垃圾。

其他太阳能“回收”技术有望解决塑料污染和减少大气中的温室气体数量，但迄今为止，它们还没有结合在一个单一的过程中。

该论文的共同第一作者 Subhajit Bhattacharjee 说：“一项可以同时解决塑料污染和温室气体问题的太阳能驱动技术可能会改变循环经济发展的游戏规则。”

“我们还需要一些可以调整的东西，这样你就可以根据你想要的最终产品轻松地做出改变，”共同第一作者莫蒂亚尔拉哈曼博士说。

研究人员开发了一种具有两个独立隔间的集成反应器：一个用于塑料，一个用于温室气体。该反应器使用基于钙钛矿的光吸收器——一种很有前途的下一代太阳能电池硅替代品。

该团队设计了不同的催化剂，并将其集成到光吸收器中。通过改变催化剂，研究人员可以改变最终产品。在常温常压条件下对该反应器进行的测试表明，除乙醇酸外，该反应器还可以有效地将PET塑料瓶和CO2转化为CO、合成气或甲酸盐等不同的碳基燃料。剑桥开发的反应器生产这些产品的速度也远高于传统的光催化 CO2 还原过程。

“一般来说，二氧化碳转化需要大量能量，但使用我们的系统，基本上你只需照亮它，它就会开始将有害产物转化为有用和可持续的东西，”Rahaman 说。“在这个系统之前，我们没有任何可以选择性和高效地制造高价值产品的东西。”

“这个系统的特别之处在于它的多功能性和可调性——我们现在正在制造相当简单的碳基分子，但在未来，我们可以通过改变催化剂来调整系统来制造更复杂的产品”，巴塔查吉说。

Reisner 最近获得了欧洲研究委员会的新资助，以帮助开发他们的太阳能反应堆。在接下来的五年里，他们希望进一步开发反应器以生产更复杂的分子。研究人员说，有朝一日可以使用类似的技术来开发完全由太阳能供电的回收厂。

Reisner 说：“如果我们要有效应对气候危机并保护自然世界，发展循环经济至关重要，我们可以利用废物制造有用的东西，而不是将其扔进垃圾填埋场。” “使用太阳能为这些解决方案提供动力意味着我们正在以清洁和可持续的方式进行。”

该研究部分得到了欧盟、欧洲研究委员会、剑桥信托基金、Hermann 和 Marianne Straniak 基金会以及英国研究与创新 (UKRI) 下属的工程与物理科学研究委员会 (EPSRC) 的支持。Erwin Reisner 是剑桥大学圣约翰学院的院士。