简单公式颠覆思维定式,物质学院林柏霖课题组提出二氧化碳大规模减排新策略

时间:2018-03-02浏览:31设置

我校物质学院林柏霖课题组在二氧化碳减排方面取得了突破性研究成果。他们创造性地提出用两个简单公式描述途径众多、操作复杂的二氧化碳减排过程,首次颠覆“使用化石能源来驱动二氧化碳化学还原会造成更多二氧化碳排放”的思维定式,并由此提出了针对全球二氧化碳大规模减排的革新性策略。2018226日,该成果以“A Simple Framework for Quantifying Electrochemical CO2 Fixation”为题,在《Cell》旗下最新姐妹刊《Joule》上在线发表。《Joule》主要收录能源领域的高水平文章,涉及太阳能、电池和催化等相关研究。物质学院2014级本科生陈安琪为该论文的第一作者,林柏霖教授为通讯作者,上科大为第一完成单位。

通过大规模温室气体减排,尤其是二氧化碳减排,从而将2100年时相对于第一次工业革命前的全球温度升幅控制在2℃以内,是全球几乎所有国家在《巴黎协定》中达成的一致目标,也是本世纪人类面临的最大挑战之一。众多权威预测均指出,如其以失败告终,后果将不堪设想。

文章针对不同的减排策略,首次提出了由“减排效率”、“储存稳定性”和“经济成本”三个重要指标构成的“黄金三角形”概念,用于定性评判二氧化碳减排策略的可行性。文章提出,具有良好“储存稳定性”的二氧化碳化学还原法除了可用于生产高附加值的产品外,还为实现大规模减排提供了二氧化碳固化这一潜力巨大的策略,为二氧化碳的捕集和直接封存(CCS)提供了有益补充。

在爱因斯坦“大道至简”科学思想的启发下,林柏霖教授和陈安琪创造性地提出对二氧化碳排放量和固定量同时进行质量单位能量化的概念,实现用两个简洁的公式对多种多样二氧化碳减排过程的质量和能量关系进行了统一描述,并在新公式的基础上首次提供了简便系统的量化指标。他们发现,可以通过电化学过程将二氧化碳还原为具有相对较高氧化态的非气态产物,从而实现二氧化碳减排,进而推导出以化石能源驱动二氧化碳还原成草酸为典型代表的电化学还原策略,可以实现较高的净减排效率,并计算出了详细的边界条件并给出了可行的技术路线。草酸具有良好的储存稳定性,可以作为一种无毒固体被便捷储存,甚至在需要时还可以作为大宗化工产品的生产原材料,是一种优良的固化产物。

尽管包括太阳能和风能等低碳能源增长快速,但其规模在近期尚不足以满足二氧化碳减排的需求。鉴于“全球碳计划”项目估算的剩余碳配额正在快速消耗,温控目标的达成很有可能无法等到低碳能源足够成熟之时。该研究首次从理论和规律上为二氧化碳化学固定这一减排策略打开了化石能源这扇大门,进而为低碳能源的成熟和发展,并最终实现温控目标创造更多的机会。


论文链接:

http://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(18)30049-7

1 用于量化二氧化碳电化学固定法的两个质量单位能量化方程



2 急需大规模二氧化碳减排的革新性策略



3 用于评估减排策略的“黄金三角形”




4 量化二氧化碳电化学还原的减排能力


  

5 化石能源驱动二氧化碳电化学还原



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