“废风废电”喜获再就业！温室气体“改邪归正”可用于工业

来源／视觉中国

　　新民晚报讯（记者 董纯蕾）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。

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。