美因茨大學(xué)開發(fā)甘油電解新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)甲酸鹽與氫氣的零碳聯(lián)產(chǎn)

美因茨約翰內(nèi)斯·古騰堡大學(xué)（Johannes Gutenberg University Mainz，JGU）開發(fā)的一種電解技術(shù)，或?qū)榛ば袠I(yè)電氣化作出重要貢獻(xiàn)。

JGU研究人員提出了一種新方法，可將廢棄副產(chǎn)物甘油轉(zhuǎn)化為高價(jià)值原料甲酸鹽和氫氣。甲酸鹽是甲酸的鹽類，在化工行業(yè)中被廣泛應(yīng)用；氫氣則可作為能源載體，例如用于車輛動力。該方法可采用可再生電力運(yùn)行，且不產(chǎn)生二氧化碳。相關(guān)研究成果近期發(fā)表于《Advanced Energy Materials》期刊。

JGU化學(xué)系Carsten Streb教授（該研究負(fù)責(zé)人）表示：我們提出的方法有望為化工行業(yè)電氣化作出重要貢獻(xiàn)。這是推動大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵動力，可有效減少工業(yè)CO?排放。目前大量依賴石油或天然氣的工藝，未來可轉(zhuǎn)為使用可持續(xù)電力驅(qū)動。

該新工藝基于成熟的水電解技術(shù)，即利用電力將水分解為氫氣和氧氣。研究團(tuán)隊(duì)采用所謂“混合電解”（hybrid electrolysis），在水之外引入甘油作為原料——甘油是生物柴油生產(chǎn)過程中大量產(chǎn)生的副產(chǎn)品。這樣，電解過程中生成的第二種產(chǎn)物不再是氧氣，而是對應(yīng)的甲酸鹽。

目前工業(yè)上甲酸鹽主要來源于石油路線，而該過程伴隨大量CO?排放。

Streb補(bǔ)充道：“如果使用綠色電力，由甘油電化學(xué)生成甲酸鹽可以實(shí)現(xiàn)真正的CO?中性。從化學(xué)角度看，這項(xiàng)工作實(shí)現(xiàn)了將具有三碳骨架的甘油分解為僅含單個(gè)碳原子的甲酸鹽。”

該工藝的核心是一種由研究人員開發(fā)的創(chuàng)新催化劑。在分子尺度上，該催化劑將銅和鈀兩種金屬緊密結(jié)合在一起。

Streb指出：“我們不僅成功制備了這種催化劑，而且已經(jīng)對其作用機(jī)理有了清晰認(rèn)識，并知道如何進(jìn)一步優(yōu)化性能。”

下一步，Streb團(tuán)隊(duì)計(jì)劃嘗試用地殼豐度更高的金屬替代昂貴的貴金屬鈀。同時(shí)，他們還希望開發(fā)一種新方法，將甲酸鹽進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為甲醇——由于甲醇的市場需求遠(yuǎn)高于甲酸鹽，這一步極具應(yīng)用潛力，該過程可能通過引入第二步還原電解實(shí)現(xiàn)。

該研究隸屬于JGU“SusInnoScience”頂級研究領(lǐng)域（人類世資源高效科學(xué)中的可持續(xù)化學(xué)創(chuàng)新），該項(xiàng)目致力于開發(fā)可持續(xù)化學(xué)與生物技術(shù)生產(chǎn)流程，資金來源于德國萊茵蘭-普法爾茨州科研計(jì)劃。

此外，該成果也是萊茵-美因大學(xué)聯(lián)盟（JGU、法蘭克福歌德大學(xué)、達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)）“可持續(xù)工藝與材料”項(xiàng)目的一部分。值得一提的是，參與研究的5名博士后由洪堡基金會資助。

Streb總結(jié)道：“這是一個(gè)國際合作項(xiàng)目，洪堡基金會幫助我們吸引全球優(yōu)秀人才，對研究推進(jìn)起到了重要作用。”

原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202504456

（素材來自：美因茨約翰內(nèi)斯·古騰堡大學(xué) 全球氫能網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合）