欧洲城市向大气中排放大量温室气体。垃圾焚烧和污水处理这两项重要的城市服务是欧盟城市二氧化碳排放的主要来源之一。
这些系统对公共卫生和城市生活至关重要，但它们产生的排放物难以完全消除。但如果这些二氧化碳不必白白浪费掉呢？
对于一个国际研究团队而言，城市碳污染蕴藏着机遇。他们参与了欧盟资助的“防水”（WaterProof）项目，致力于开发一种从城市碳排放过程中捕获二氧化碳并将其转化为甲酸的方法。甲酸是一种简单且用途广泛的化学品，在许多行业都有应用。
这样一来，垃圾焚烧炉和废水排放物就可以转化为我们水槽下的清洁产品，甚至是我们鞋子上的皮革。
将问题转化为资源
应对气候变化的努力主要集中在可再生能源、电气化和提高能源效率方面。但有些污染源仍然难以根除。
“有些排放很难阻止，”荷兰化学公司 Avantium 的电化学家兼项目经理 Annelie Jongerius 说，该公司负责协调这项研究。
一种方法是捕获二氧化碳并将其储存在地下。但WaterProof团队正在探索一种更具循环性的替代方案：让碳继续被利用，而不是将其封存起来。
“如果我们能利用它就更好了，”琼格里乌斯说。“与此同时，我们需要寻找化石原料的替代品来生产化学品。”
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如果你从废水中提取二氧化碳，将其转化为产品，然后用该产品来清洁马桶，使其流回废水系统，你就创造了一个完整的循环。
这一挑战在荷兰废物管理公司 HVC 运营的设施中尤为明显，该公司在荷兰运营着两座大型垃圾焚烧厂。
“我们必须接收社会产生的所有垃圾，”HVC的垃圾发电创新经理扬·彼得·博恩说。“除了鼓励人们少买多回收之外，我们没有其他办法来控制二氧化碳排放。”
HVC公司已经捕获部分二氧化碳并将其出售给温室种植户，用于提高西红柿和黄瓜等作物的产量。但这只是部分解决方案。
“施用于植物的大部分二氧化碳最终都会通过温室屋顶再次释放出来，”博恩解释说。“从法律角度来看，这是一种延迟排放。真正实现减排的是农民，因为他避免了燃烧燃气产生二氧化碳。”
WaterProof 的研究人员旨在更进一步，将捕获的碳转化为有用的产品，使其在更长时间内保持在大气之外。
从二氧化碳到清洁产品
WaterProof 创新技术的核心在于利用可再生电力将捕获的二氧化碳转化为甲酸的电化学过程。
“这是你能做的最简单的转换之一，”Jongerius说道。
电流驱动特制电池内的反应，将二氧化碳还原为甲酸。由于该系统使用可再生电力并利用废弃物衍生的碳，因此减少了对化石基原材料的依赖。
该工艺可能还具有其他优势。在电化学电池中，两个反应同时发生，分别位于两个电极上。WaterProof 团队专注于将二氧化碳转化为甲酸，但他们也探索了将其与生成过氧化氢及相关化合物的第二个反应相结合的可能性。
这些物质有助于分解废水中的顽固污染物，包括药物和农药残留。然而，该工艺的这一部分仍处于早期阶段，尚未在目前的示范系统中实施。
该团队正在测试他们利用二氧化碳衍生的甲酸在环保清洁产品（如厕所清洁剂和表面清洁剂）中的应用。
“它的性能与传统方法生产的甲酸完全相同，”Jongerius说。“它们是同一种分子。”
除了清洁之外，该项目还在探索利用二氧化碳衍生的甲酸进行皮革鞣制。虽然这种酸可用于所有类型的皮革，但该团队目前正与冰岛公司 Nordic Fish Leather 合作，将环保鱼皮——一种比传统牛皮更可持续的替代品——推向市场。
扩大规模以产生实际影响
虽然化学性质很有前景，但扩大规模是下一个挑战。
在欧盟早期资助的研究基础上，该团队目前正在研发一个大型试点装置，该装置将多个电化学电池堆叠在一起，以提高二氧化碳的处理量。如果成功，这将为商业规模工厂的建设铺平道路。
模块化设计使该系统能够适应不同的场地，从污水处理厂到焚烧炉均可适用。目标是在2026年夏季演示WaterProof工艺，证明无化石燃料生产链可以在实际条件下运行。
此类系统最终可以融入城市基础设施，使城市成为循环化学品生产的中心，而不是排放源。
从废弃物中回收有价值的材料
这项研究的潜力远不止于碳的再利用。研究人员还在探索如何利用甲酸从废物流中回收有价值的材料。
通过与其他化合物结合，他们正在开发深共熔溶剂——一种低毒性液体，能够溶解并结合废物中的金属，从而提取金属。
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除了鼓励人们少买多回收之外，我们没有其他办法来控制二氧化碳排放。
许多有价值的材料最终都会进入焚烧炉灰烬和废水污泥中，包括铜、锂、钴，甚至少量的黄金——所有这些对于现代技术和绿色转型都至关重要。
HVC目前已采用机械方法回收金属，通过类似于淘金的工艺将较重的颗粒从灰烬中分离出来。但这种方法会产生价值较低的混合金属流。新型溶剂有望实现更精确的分离。
“这些共熔溶剂可以根据需要进行定制，以针对特定金属，”博恩说。“这意味着你可以回收单一材料而不是混合物，从而提高它们的价值。”
然而，经济现实仍然是一大障碍。博恩解释说，黄金是唯一一种能卖出可观价格的回收金属。对于包括稀土在内的许多其他金属而言，市场价格仍然太低，不足以弥补成本。
这引发了关于政策和优先事项的更广泛的问题，尤其是在对关键材料的需求持续增长的情况下：社会愿意为废物回收提供多少补贴，以及战略价值是否应该战胜纯粹的市场驱动决策。
关闭循环
这种“变废为宝”的理念正在欧洲各地逐渐流行。欧盟计划于2026年出台的新规旨在让可回收材料更广泛地供应和利用。
如果成功，它们可以帮助将 WaterProof 等循环理念转化为日常现实，支持欧洲到 2030 年引领世界循环生产的雄心壮志。
通过将碳捕获、化学品生产、水处理和材料回收联系起来，研究人员将该愿景的多个要素整合到一个系统中。
对 Jongerius 来说，这个概念既有实际意义，又具有象征意义。
“如果你从废水中提取二氧化碳，将其转化为产品，然后用这种产品来清洁马桶，使其重新流入废水系统，你就形成了一个完整的循环，”她说。“这是循环经济的最佳例证。”
本文的研究由欧盟“地平线”计划资助。受访者的观点并不一定代表欧盟委员会的立场。如果您喜欢这篇文章，请考虑在社交媒体上分享。
