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“废风废电”喜获再就业!温室气体“改邪归正”可用于工业

2017年08月29日作者:董纯蕾来源:新民晚报

   

  因发电“业绩”不稳定而遭公共电网拒之门外,这些风能、太阳能中的“散兵游勇”,还有没有用武之地?投身改造温室气体的大业呗!位于张江的中国科学院上海高等研究院再传捷报。该院近来发表了一系列温室气体资源化利用的重要科研成果,这一回更是巧妙地完成了双重“变废为宝”:“废风废电”催化温室气体“重获新生”,双双找到了适合自己的“远大前程”。 

  日前,中科院低碳转化科学与工程重点实验室暨上海高研院—上海科技大学低碳能源联合实验室,在电催化二氧化碳还原转化生成甲酸和乙醇方面均取得重要进展,相关论文均发表于国际知名学术期刊《德国应用化学》上,并被编辑列为VIP(Very Important Paper,非常重要的论文)。 

  随着全球变暖问题的日益凸显和国际气候政治的不断升温,让温室气体“改邪归正”已经成为能源科学界的大热门题材。然而,如果在把二氧化碳等温室气体改造成化工原料的过程中,又需消耗大量煤炭、石油等化石能源,从而产生新的温室气体排放,好比“拆东墙补西墙”,从节能减排的角度来讲,价值就大打折扣了。“比如,现在化工上已经成熟的含有二氧化碳的合成气高温加氢制甲醇,采用热催化的技术路线,250℃左右高温的合成环境,需要大量烧煤供给能量。”上海高研院研究员陈为告诉记者,如果设法将热催化改为电催化,把烧煤改为加电,无疑能节煤减排。更难得的是,用作催化剂“动力源”的电能,非常“会过日子”,只需1伏~2伏的电压便能完成改造二氧化碳的重大使命。 

  因此,上海科学家们想到了风能和太阳能。这些新能源,由于“靠天吃饭”,发电效率波动性大,很多时候无法并入公共电网,在我国西北地区便存在这样的“废风废电”现象。而这些电,已足以胜任电催化的工作,关键在于找到合适的催化剂,高效率地获得高附加值的化学品。 

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  图说:基于含氮介孔碳电催化二氧化碳直接制乙醇中科院上海高研院供图 

  

  陈为研究组经过近两年的不断探索,筛选、尝试了大量金属、合金催化剂,最终发现由金属钯、锡组成的钯-锡合金催化剂性能优异,只需施加非常低的电压,该催化剂就能将所输入电能的99%用于驱动二氧化碳转化生成甲酸。甲酸是基本有机化工原料之一,广泛用于农药、皮革、染料、医药和橡胶等工业。 

  “更高难度的是在电催化过程中,将二氧化碳‘改造’成含有两个和两个以上碳原子的更高附加值化工品,比如乙烯、乙醇。“因为二氧化碳本身只含有一个碳原子,转化成双碳分子,牵涉到碳-碳键耦合等复杂技术难题。”经过多年科研积累,研究团队开发出了氮掺杂的介孔碳材料,用于电催化,成功将二氧化碳转化为乙醇,且电流效率高达77%,远远高于同行们此前百分之十几的水平。乙醇是用途最为广泛的基础化学品之一,应用于合成醋酸、饮料、香精、染料、燃料等,例如添加有乙醇的汽油已在美国、巴西大量使用。 

  “我们的研究工作,目前还停留在实验室研究阶段,想要实现工业化使用,还需大量工作。”陈为介绍说,研究团队目前正尝试“干电催化”,看看催化转化过程能否不在水溶液中发生,以解决二氧化碳水溶解度较低的顽疾。同时,尝试直接使用太阳能光催化二氧化碳转化,希望未来能让更多清洁能源加入改造温室气体的行列中来。 

  原题:“废风废电”喜获再就业!温室气体“改邪归正”可用于工业 


编辑:lidawei