二氧化碳将来或是一种宝藏!它不但能用来造淀粉,还能造酒和石油

一直以来,二氧化碳都被认为是工业废气,也是生物呼吸产生的废气,但以后很可能不是了,而是会成为一种资源,一种宝藏(www.jwct.net)。

从9月24日开始,我国各大媒体陆续报道了中科院天津工业生物技术研究所(简称中科院天津工业生物所)主导完成二氧化碳人工合成淀粉的重大科技突破,这被认为是近些年来最重要的世界级的生物技术科研成就,世界粮食生产将迎来颠覆性的技术革新,同时大量节省土地和水资源,对全球碳减排和碳中和也有重大作用,对将来的外星球开发移民也有重要意义,它的好处和意义怎么说都不为过!

淀粉是人类食品和某些工业生产中不可或缺的原料,用二氧化碳制造淀粉,是变废为宝的典型事例,但其实二氧化碳不只可以被合成淀粉,它还可以被合成酒精,也就是说二氧化碳也能被用来造酒。

其实早在2016年,美国橡树岭国家实验室的科学家就研制出了一种嵌入钉状纳米碳的纳米铜颗粒的催化剂,这种催化剂能够在室温下直接把二氧化碳转化为乙醇,我们知道酒品主要是因为含酒精,而酒精成分主要就是乙醇,这也说明二氧化碳是可以用来造酒的。有趣的是科学家们并不是以用二氧化碳造酒为目的而得出这一研究结果的,他们原本以为用二氧化碳造酒所需要的化学反应非常复杂,没想到一个意想不到的操作居然使之实现了。

今年的6月2日, 我国浙江大学功能复合材料与结构研究所的研究人员也研发出一种新型电催化剂,可在铜-分子界面上紧固溴离子使 CO₂高效电还原成乙醇,相关研究论文也于今年6月份发表在《ACS Energy Letter》杂志上。这种技术将来进行改进后进行工业化生产,也将是一项意义重大的技术革新。

我们知道淀粉是粉末状或者块状的物品,而酒精属于液体,二氧化碳居然能用来制造这两种迥然不同的东西,这是怎么回事呢?我们不妨先来看看两者的化学分子式。淀粉的化学分子式是(C₆H₁₀O₅)n,而酒精(乙醇)的化学分子式是C₂H₅OH(或C₂H₆O),从两者的化学分子式就可以看出两者所包含的元素只有碳氢氧三种,而氢氧可以合成水,所以两者也都是碳水化合物,他们之所以不同,是由于三种元素的原子排列组合结构不同,形成的分子不同,既然这两种东西只包含这三种元素,那么二氧化碳和水所包含的原子在某些条件下进行重新排列组合就能形成淀粉和酒精了。酒品也需要用粮食酿造,而若用二氧化碳造酒精,那也等于节省了粮食,意义同样很重大,所以这也可说是世界粮食生产方面的颠覆性技术革新!

↑淀粉化学分子式构型

↑乙醇化学分子式构型

实际上二氧化碳不单能用来制造淀粉和酒精,很多的碳水化合物它都能制造,已经被确认能制造出来的还有乙烯(C₂H₄),2018年5月份,美国劳伦斯-伯克利国家实验室的研究人员使用面选择性原子层沉积技术用铜纳米晶上沉积超薄氧化铝得以实现高度稳定的CO₂电还原成乙烯。乙烯是应用十分广泛的化工原料,合成纤维、合成橡胶、和塑料等里面都会用到它,也可以被当作某些植物果实的催熟剂,之前它主要来自石油化工生产中。

另外,二氧化碳还可以被用来制造或促成碳酸氢铵、小苏打、纯碱、尿素、铅白颜料、饮料、灭火材料等,还有科学家想用二氧化碳造石油,2018年时,美国哥伦比亚教授、国际催化领域著名科学家陈经广称可以考虑通过热催化和电催化技术将CO₂还原为石油。

没想到吧,二氧化碳能造的东西居然这么多,未来二氧化碳也还将会被更多地技术化应用,制造更多的东西,或许将来二氧化碳会成为一种需求量很大的资源稀缺型物质呢!您说呢?

参考资料:

《中国新闻网》9月24日文章《国际重大颠覆性突破 中国首次在实验室实现人工合成淀粉》

《科技日报》2016年9月21日文章《科学家惊天发现!二氧化碳变酒精只需一步》

《新华网》2018年5月26日文章《新技术可提高用二氧化碳制取乙烯效率》

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