乙烯作为现代制造业的关键原料，广泛应用于塑料等多种日常材料的生产中，但传统制造过程常伴随显著的气候影响。每生产一吨乙烯约排放一吨二氧化碳，全球年产量超过3亿吨，这构成了一个主要的碳排放源，促使科研人员探索减排方法。

在西北大学的最新研究中，Ted Sargent领导的团队开发出一种新型电解槽，该装置旨在通过整合废弃物和可再生能源，推动乙烯生产向更环保的模式转型。这项研究发表在《自然·能源》期刊上，为减少乙烯产业对化石燃料的依赖提供了新思路。

该电解槽技术利用电力将合成气转化为乙烯。合成气由一氧化碳和氢气组成，可通过塑料废弃物的气化过程获得。选择合成气作为原料是因为其化学性质更接近乙烯，转化所需能量较低，比直接从二氧化碳生产乙烯更具优势。研究人员引入了一种新材料聚丙烯酸钠（PANa），它模拟液态盐浴环境，帮助反应高效进行，同时降低整体能耗。

“我们的目标是实现化学品的脱碳，”Sargent表示，“而这项工作是朝着这个方向迈出的一大步。”Sargent是西北大学温伯格文理学院的化学教授，也是麦考密克工程学院的电气与计算机工程教授。

温伯格学院化学系研究员Ke Xie补充道：“我们想创建一个循环系统，在不使用化石燃料的情况下从废弃物中生产化学构件，而这个系统是那个新的原子效率和能源效率供应链的一部分。”

目前，乙烯主要通过蒸汽裂解工艺生产，这种方法依赖化石燃料且能耗高。科学家们正研究用电化学过程替代它，但直接转化二氧化碳需要大量能量，实用性受限。相比之下，Sargent团队的电解槽技术通过合成气转化，效率比之前最节能的二氧化碳转化方法高出60%以上。

“很多合成气被制成化学品，因此找到一条将合成气转化为乙烯的路径，既具有高选择性又非常节能，具有工业意义，”Sargent说。该装置还设计为适应可再生能源的间歇性特点，如太阳能和风能。

下一步，研究团队计划进一步优化装置的能量消耗，目标是使其与蒸汽裂解工艺相当。他们还将利用人工智能和机器学习工具探索更高效的催化剂，最终目标是开发出可规模化应用的工业装置，持续降低乙烯的碳足迹。