前瞻技術脈動：環境永續（202420）

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科技產業資訊室(iKnow) - 技術發展藍圖研析團隊發表於 2024年9月19日

圖、前瞻技術脈動：環境永續（202420）

氣候模型並未考慮的反饋迴路(feedback loops)可能加速全球暖化
氣候模型未充分考慮反饋迴路，可能低估全球溫度變化加速的程度，從而增加地球環境跨越臨界點的風險。這將進一步強化放大反饋效應，最終導致地球氣候系統發生重大變化。俄勒岡州立大學帶領的國際科學家團隊確定了27種加速全球暖化的放大反饋迴路(amplifying feedback loops)，其因氣候引起的改變引發進一步變暖的過程，並非所有迴路都在氣候模型中得到充分考慮。研究者分析生物和物理反饋，生物反饋包括森林枯死、土壤碳流失和野火；物理反饋則包括積雪減少、南極降雨量增加和北極海冰縮小等變化。氣候模型的準確性至關重要，其可能低估了全球溫度變化的加速，迫切需要的是更多的研究和建模及促使決策者以積極手段加速減排，並優先考慮人類的基本需求和社會正義。該研究發表於One Earth期刊。
參考資料：Feedback loops make climate action even more urgent, scientists say, ScienceDaily. 2023/02/17.

從海水中提取二氧化碳
研究團隊提出了一種基於無膜電化學電池的可逆過程，用以取代現有從海水中去除二氧化碳的方法。麻省理工學院的研究人員找到了一種有效且低成本的方式，能夠從海水中去除二氧化碳。現有的方法通常是對一疊膜施加電壓，透過電解水來酸化進料流，使水中的碳酸氫鈉轉化為二氧化碳分子，並在真空中將其移除。然而，這種方式的缺點是膜的成本高昂，且需要額外的化學物質來驅動電極反應，增加了費用和系統的複雜性。針對這些問題，麻省理工的研究團隊提出了一種由無膜電化學電池組成的可逆過程，通過反應電極釋放質子到海水中，達到去除二氧化碳的目的，進而驅動水中溶解二氧化碳的釋放。這種方法可以避免迫害生態系統鹼度的最高峰。該研究發表在Energy and Environmental Science期刊上。
參考資料：How to pull carbon dioxide out of seawater, New Scientist. 2023/02/16.

塑料升級回收以關閉碳循環
製造更多一次性塑料的成本低於回收和再循環它們，但這會增加廢塑料對碳循環的負面影響。通過將回收塑料的裂解步驟與後續的反應步驟結合，可以迅速轉化為液態汽油類燃料，且不產生不必要的副產物。回收塑料裂解或分解堅韌而穩定的鍵的成本高且耗能大，該研究團隊發表在科學(Science)期刊的成果顯示，透過低溫及反應控制能改進該問題。該研究結果新穎之處在於將裂化步驟與第二個反應步驟結合起來，第二個反應步驟立即完成向液態汽油類燃料的轉化，而沒有不需要的副產物。第二個反應步驟涉及所謂的烷基化催化劑。這些催化劑提供了石油工業目前用於提高汽油辛烷值的化學反應。最重要的是目前的研究中，烷基化反應緊隨裂化步驟之後，在接近室溫（70 攝氏度/158 華氏度）的單個反應容器中進行。

這項研究指出了一種實用的新解決方案，可以關閉廢塑料的碳循環。但他們的發現存在局限性。該工藝適用於低密度聚乙烯產品（LDPE，塑料樹脂代碼 #4），例如塑料薄膜和可擠壓瓶，以及通常不在路邊回收計劃中收集的聚丙烯產品（PP，塑料樹脂代碼 #5）在美國。高密度聚乙烯（HPDE，塑料樹脂代碼 #2）需要進行預處理，以使催化劑能夠接觸到它需要破壞的鍵。
參考資料：Plastic upcycling to close the carbon cycle, TechXplore. 2023/02/23.

鋰空氣電池的新設計可提供更長的續航里程
由於電池組容量的限制，電動車常常需要多次充電，這對於長途行駛來說是一個挑戰，並且電池過熱也有可能引發火災。然而，透過新型鋰空氣電池的設計，有望在單次充電後提供超過一千英里的續航力，這將不僅能為汽車，還包括家用飛機或長途卡車提供動力。鋰空氣電池的儲能能力遠超過鋰離子電池，且能顯著提升安全性。伊利諾大學與美國能源部阿貢國家實驗室(Argonne National Laboratory)合作開發新型的鋰空氣電池，採用陶瓷化合物奈米材料的固態電解質進行電化學反應，利用空氣中的氧氣發電，而不需使用氧氣罐，成功產生氧化鋰的四電子反應，能量密度可能較鋰電池提高四倍(預計可達1.2 kWh/kg的能量密度)，全球首創可在室溫下實現反應，並通過1000次循環測試，將可維持更長程的行駛動力。該研究發表於Science期刊。(1462字；圖1)
參考資料：New design for lithium-air battery could offer much longer driving range compared with the lithium-ion battery, ScienceDaily. 2023/02/22.

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