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2021-01-18飛行如何零碳排？將二氧化碳製成飛機燃料
469 期
Author 作者
陳亭瑋。
（123RF）
直到今天，航空飛行器仍大量排放溫室氣體二氧化碳進入大氣層中，但或許有一天，大氣中的二氧化碳可反過來成為推進飛行器的燃料。2020年12月22日《自然通訊》（Nature Communications）所刊登的研究，新研發的鐵基催化劑（ironbased catalyst），可有效將二氧化碳轉化為航空燃油（jet fuel）。
隨著氣候變遷日益受到關注，如何減少運輸業的碳排放為重要議題。汽車可使用來自風力或太陽能的電力驅動，但飛機尚無法攜帶足夠的電池以電力作為能量來源。因此研發永續、碳中和的航空燃油，方可減少航空旅遊業的碳足跡──目前佔運輸領域總碳排量約12%。
航空燃油的主要成分為碳氫化合物（hydrocarbon），理想碳數為8到16。有許多研究嘗試將二氧化碳轉化為燃料，但由於其為熱力學上相當穩定、化學上具有惰性的分子，反應進行有一定難度。且過往二氧化碳與氫反應之研究，多著重於合成較小的分子如甲烷、甲醇、甲酸等； 合成碳數大於5的碳氫化合物，即液態烴（liquid hydrocarbon）的研究相對較少。
將二氧化碳轉化為液態烴可分成兩大途徑，較常見為間接途徑，即將二氧化碳轉化為一氧化碳或是甲醇，再轉化為液態烴；其次則為直接將二氧化碳與氫氣二者結合，再經處理獲得燃料。直接反應通常被認為較經濟、更環保，因為涉及的化學步驟較少、過程的總耗能較低，但多需要相對昂貴的材料，例如鈷來作為催化劑。
牛津大學（University of Oxford）化學家肖天存（Tiancun Xiao）團隊透過有機燃燒法（Organic Combustion Method）製造Fe-Mn-K催化劑（Fe-Mn-K catalyst），由較廉價的成分組成，其中包含了鐵，且只需一個步驟即可轉換二氧化碳。此化劑可協助分開二氧化碳的碳與氧，並與反應室中的氫氣做連結，由此合成碳氫化合物。
研究團隊以攝氏300度、10倍大氣壓進行測試。最後的結果，催化劑轉化了38.2%的二氧化碳，產物約有47.8%為碳數8到16的碳氫化合物，具作為燃料的潛力；其他的副產物則包括乙烯和丙烯等，可作為塑膠的原料。由於二氧化碳可由大氣提取，製成燃料燃燒會回放入大氣中，此法如能用於取代石油製成的航空燃油，則可望具碳中和效益。
新聞來源
1. A new iron-based catalyst converts carbon dioxide into jet fuel, ScienceNews, 2020/12/22.
2. Benzhen Yao et al., Transforming carbon dioxide into jet fuel using an organic combustion-synthesized Fe-Mn-K catalyst.Nat Commun, 2020.
3. https://doi.org/10.1038/s41467-020-20214-z