理大學者研電催化二氧化碳還原系統 助減溫室氣體

【編者按】「生態興則文明興，生態衰則文明衰。」建設生態文明關係着人民福祉和人類未來，亦是人與自然可持續發展的核心。要在社會經濟發展和生態環境間取得平衡，科學技術的創新應用是當中關鍵。香港文匯報今起推出系列報道，透過訪問多名香港傑出科學家，探討他們如何透過轉廢為能、減碳節能，為改善生態環境質量、促進綠色低碳發展及加強污染防治而煞「廢」苦心。

全球暖化持續加劇，由此引發的極端天氣頻率也不斷上升，熱浪、暴雨、洪水、旱災和森林大火等自然災害的出現次數，以及極端高溫的紀錄更是屢破屢創，這對全球人類生命及生態安全構成嚴重威脅。造成極端天氣的主因是溫室氣體持續大量排放，而二氧化碳佔當中的大多數，如何有效減少碳排放是應對氣候變化的重中之重。香港理工大學應用物理學系系主任及納米材料講座教授劉樹平近日接受香港文匯報訪問時表示，其團隊研發出高效、耐久、環保的電催化二氧化碳還原系統，可將二氧化碳轉化成有用、高價值的塑膠化學品原料，藉此降低工業生產的碳排放，同時促進碳循環和碳中和。◆香港文匯報記者 鍾健文

香港天文台今年早在5月便發出氣溫達攝氏35度或以上的極端酷熱天氣提示，全球暖化的影響對市民來說，再不是抽象的氣溫上升度數，而是切身的「汗酸」感受。理大材料與器件中心實驗室主任、光子技術研究院副院長、應用物理學系系主任及納米材料講座教授劉樹平指出，引起這些嚴重環境及能源危機的很大部分原因，是源於巨量的二氧化碳排放。

劉樹平引述美國國家海洋及大氣管理局的資料顯示，2022年全球二氧化碳總排放量達368億噸，該局在夏威夷的冒納羅亞觀象台曾錄得高達421百萬分比（ppm）的每日大氣層二氧化碳濃度，創有紀錄以來的新高；美國國家環境保護局統計指出，有65%溫室氣體屬於燃燒化石燃料及工業生產所排放的二氧化碳。目前防止二氧化碳進入大氣層主要有兩種方式，一是把二氧化碳注入地底深處封存起來，其弊端是「當有地震，二氧化碳又再次跑出來」，二是把它轉化成塑膠、酒精和水泥等有用產品。

轉化成塑膠原料 未來發展可期

為此，劉樹平與團隊研發出電催化二氧化碳還原系統（APMA MEA system），其主體是一個夾芯結構的膜電極組件（Membrance-Electrode-Assembly，MEA），它把負離子交換膜（anion-exchange membrane，AEM）和質子交換膜（proton-exchange membrane，PEM）結合成為APMA，將負極和正極分開，若以銅作為催化劑，並加入純水（H2O）作為電解質，可以將二氧化碳（CO2）轉化做乙烯（C2H4）。

劉樹平解釋，乙烯是一種無環烴，可用於製造聚乙烯（polyethylene，PE）、聚對苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate，PET）、聚氯乙烯（polyvinyl chloride，PVC），以及聚苯乙烯（polystyrene，PS）等聚合物，它們可成為塑膠產品如膠袋、膠杯、膠盒的材料。乙烯生產商正致力於投資綠色生產，以減低能源消耗，同時維持化學合成塑膠的多功能性。乙烯全球市場規模預期至2025年高達3,022.2億美元，由2021至2025年的市場預測複合年均增長率有7%；其不溶於水的特性便於收集，可降低回收成本。

因此，劉樹平認為其研發的系統有非常可觀的發展前景，它既可有效將現成的二氧化碳「循環再造」，避免排放到大氣層，又能減少透過石油化工的方式生產乙烯，從而減少二氧化碳等溫室氣體的產生，劉樹平亦憑此榮獲今年日內瓦國際發明展「金獎」。