陈武峰
碳中和时代下的材料发展机会
2021-5-20 16:20
阅读:677

   近来,关于碳中和的热点从政治到经济乃至老百姓的生活都开始全方位渗透,碳中和问题的由来是人类发展触及地球边界条件下自然而来的一个矛盾,如果人类社会要打开新的发展周期,就需要突破这条边界条件。当前很多人认为碳中和主要跟绿色能源方式,节能减排等相关,属于工业体系内结构调整和升级的问题。诚然,需要支撑上述转变的新技术,而如果从物质循环的角度来看,碳中和更是一个重新塑造物质流和分布的问题,这个问题的起点是大量二氧化碳,终点是二氧化碳以新的形态固定下来,且整个自然生态圈和人类社会圈还能正常运行。

   前几天,遇到一家从事碳中和业务的公司,好奇询问下,原来是能把二氧化碳固定成碳纳米管材料,从而实现碳固定。听完之后,不禁有种强烈的似曾相识感,后来想起自己当年在写博士毕业论文时就有这样一小段思考。挖出来再品品,或许能找到碳中和时代的材料领域的新机会。


以下是本人博士学位论文的选段:


  “1996年和2010年分别因碳纳米材料富勒烯和石墨烯的发现和研究而授予诺贝尔奖,可见人们对炭材料所寄予的厚望。有学者大胆预测20世纪是“硅的世纪”,21世纪将是“碳的世纪”。一方面是由于炭材料展现出的诱人的应用前景,同时也是全球范围内的碳物质循环发展大势所趋。

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图表 1炭材料参与其中的全球碳循环示意简图   

  当今人类社会所面临的两大难题——环境问题和能源问题可以说都同碳相关,更进一步讲都和全球碳循环相联系。能源危机主要来自于含碳矿物的大量消耗,与此同时排放到大气中CO2含量剧增,造成了严重的环境问题。回顾一下全球碳循环,在漫长的岁月里CO2被矿化作用以及生物的光合作用所固定,其中还有一部分生物质在地质作用下形成了石油、煤等石化燃料,人类对石化燃料短时间内的大量消耗导致了碳循环的失衡,碳的固定已经成为亟需发展的 技术。   

但在这个碳循环中还有一个环节被忽视了,这就是炭材料!广义炭材料包括着诸如天然石墨、金刚石,人造的活性炭、炭纤维以及碳纳米材料等。炭材料具有优异的化学稳定性,不容易被生物氧化作用降解成CO2,因此炭材料有可能长期保存从而达到固定碳的作用。正如人类大规模使用石化燃料让我们陷入了全球碳循环的困境,我们完全有理由相信如果炭材料在工业上大规模应用也能将我们带出这个困境。

这些因素正为21世纪炭材料科学与应用的发展提供了持续的推动力,研发多功能、能够广泛使用的炭材料,构建新的全球碳循环,从而加速人类社会迈向可持续发展的“碳基社会”。当然,只有巨大的商业价值才能促使多功能的材料从实验室走向大规模应用,支撑起新的碳循环。”


                                                                                                 于    奇材馆     2021.5.20

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