二氧化碳回收 “电”一下，废气一秒变燃料！二氧化碳回收又出新招

正文|刘编辑|毛毛的徒弟

现代社会消耗了大量的煤炭、石油、天然气等化石能源，以二氧化碳为首的温室气体排放急剧增加，全球变暖等环境问题日益严峻。

二氧化碳太多，怎么解决？中国科学院上海高级研究所研究员陈伟认为，目前处理二氧化碳的方法主要有两种，一种是收集起来埋在地下，另一种是直接转化利用。这是科学家们一直在探索的世界性问题，也是陈伟课题组的研究方向:将二氧化碳回收为甲酸、甲醇、乙醇、烃类等燃料。

最近，陈伟的工作组在二氧化碳电催化转化的研究方面取得了重要进展。“电”，温室气体一秒钟变成燃料——清洁可再生电能作为能源，二氧化碳在温和的反应条件下一步直接转化为甲酸和乙醇，电流效率分别高达99%和77%。

该研究由中国科学院上海高级研究所-上海科技大学低碳能源联合实验室完成，相关成果发表在国际知名期刊《德国应用化学》上。

催化剂的选择是关键

如何高效地获得高附加值化学品是二氧化碳电催化转化研究中极具挑战性的热点。

甲酸是基本的有机化工原料之一，广泛应用于农药、皮革、染料、医药和橡胶工业。中国科学院上海高级研究所研究员陈伟认为，催化剂的选择是电催化高效将二氧化碳转化为甲酸的关键。

“可以使用的金属催化剂有很多，但有效的很少。”经过近两年的不断探索，陈伟的团队筛选并试用了大量的金属及合金催化剂，最终发现由金属钯和锡按一定比例组成的Pd-Sn合金催化剂性能优异。仅施加极低的电压，在常温常压下，催化剂可将二氧化碳转化为甲酸，电流效率高达99%，显示出良好的应用前景。

▲含氮介孔碳催化二氧化碳直接生产乙醇

此外，电催化生产乙醇也是陈伟课题组的重点目标。与甲酸相比，电催化将二氧化碳转化为含两个或多个碳原子的产物要复杂和困难得多。

陈伟课题组在前人对纳米碳材料研究的基础上，优化开发了一种新型非金属催化剂。这种催化剂由氮掺杂的氮碳制成，比金属催化剂便宜得多。乙醇电催化的电流效率达到77%，远高于国际平均水平30%左右，为设计和创造高活性、高选择性的电催化体系生产多碳产品提供了新思路。

改造和储存一举两得

看完二氧化碳转化，再来说说风能、光伏发电等新能源。

最新数据显示，自2012年以来，中国新增风电装机容量已连续四年位居世界第一。截至去年年底，风电累计装机8758万千瓦，成为仅次于燃煤发电和水电的第三大电源；2013年以来，新增装机容量连续四年超过1000万千瓦。去年年底，我国光伏发电累计装机容量达到7742万千瓦，连续两年位居世界第一。

陈伟说，由于风力发电、光伏等可再生清洁新能源的优势，近年来，中国在新能源方面投入巨资，位居世界第一。但是，新能源虽然好，但是有一个不容忽视的问题，就是不稳定。受季节、气候等客观因素影响，新能源往往是随机的，大大降低了使用效率。

我们能否改变思维，“加工”新能源？陈巍电催化反应中，利用可再生风力、太阳能或剩余核电等清洁电能作为能源，可以高效回收二氧化碳，将不稳定的新能源转化为稳定的化学能，从而实现清洁电能的有效储存。

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