由北京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)和卡迪夫大學(xué)等開(kāi)發(fā)的新型熱催化制氫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了溫室氣體二氧化碳(CO?)的“零”排放。這項(xiàng)突破性工藝在270℃的溫和條件下，將農(nóng)林廢棄物產(chǎn)生的生物乙醇與水分子直接轉(zhuǎn)化為清潔氫氣，同時(shí)聯(lián)產(chǎn)具有重要工業(yè)價(jià)值的乙酸，為氫能產(chǎn)業(yè)提供了兼具環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)可行性的創(chuàng)新解決方案。相關(guān)研究成果于2月13日發(fā)表在《科學(xué)》上。
尋找可持續(xù)方法來(lái)生產(chǎn)日常生活所需產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)，是化工行業(yè)面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。氫氣被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的一種途徑，但其傳統(tǒng)的制備過(guò)程極其耗能，并產(chǎn)生大量CO?，削弱了其環(huán)境效益。于是，研究團(tuán)隊(duì)想要找到一種新生產(chǎn)工藝，在不排放CO?的情況下實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)率制備氫氣。
近年來(lái)，生物乙醇因其可再生性、高含氫量及良好的儲(chǔ)運(yùn)安全性，成為備受關(guān)注的綠色制氫原料。然而，傳統(tǒng)的乙醇—水重整制氫技術(shù)仍存在兩大難題。首先，該過(guò)程通常需在300℃~600℃的高溫條件下進(jìn)行，能耗高且難以避免乙醇分子C-C鍵斷裂導(dǎo)致的CO?排放；其次，現(xiàn)有催化劑易受到積碳和燒結(jié)失活的影響，限制了其工業(yè)化應(yīng)用，難以兼顧催化效率與長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
研究團(tuán)隊(duì)歷時(shí)10年研發(fā)的新型鉑—銥雙金屬催化劑(PtIr/α-MoC)，成功破解了傳統(tǒng)乙醇重整的技術(shù)瓶頸。該催化劑通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控活性位點(diǎn)，將反應(yīng)溫度從常規(guī)工藝的300℃~600℃大幅降至270℃，并徹底改變反應(yīng)路徑：在傳統(tǒng)工藝必然產(chǎn)生CO?的環(huán)節(jié)中，通過(guò)阻斷中間物C-C鍵斷裂而得到目標(biāo)產(chǎn)物乙酸分子，阻止了CO?以溫室氣體形式排放。
在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)性地提出金屬—碳化鉬體系“選擇性部分重整”制氫新技術(shù)。這一技術(shù)將乙醇—水重整反應(yīng)從傳統(tǒng)的完全重整路徑轉(zhuǎn)變?yōu)檫x擇性部分重整路徑，在270℃溫和條件下實(shí)現(xiàn)高通量氫氣制備，同時(shí)聯(lián)產(chǎn)高值化學(xué)品。此過(guò)程從反應(yīng)源頭消除了CO?直接排放，同時(shí)將反應(yīng)物中的碳資源高選擇性地轉(zhuǎn)化為液態(tài)化學(xué)品。
與傳統(tǒng)化石能源制氫相比，該技術(shù)每生產(chǎn)1噸氫氣可減少9噸至12噸CO?排放。此外，產(chǎn)生的乙酸不僅提升了該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性，也增強(qiáng)了其可持續(xù)性。作為全球年需求量超1500萬(wàn)噸的重要化工原料，可覆蓋工藝成本的70%以上。業(yè)內(nèi)專(zhuān)家表示，這種創(chuàng)新催化技術(shù)在推動(dòng)綠色氫能經(jīng)濟(jì)和支持全球碳中和目標(biāo)方面具有巨大潛力。
