不断向大气中排放二氧化碳显著促进了全球变暖和气候变化，导致极端天气情况更加频繁。研究人员现在提出了一种有效的技术，将二氧化碳转化为乙醇，这可以作为各种化学用途的环保原材料。
持续向大气中释放二氧化碳是全球变暖和气候变化的重要因素，导致更为极端的天气事件。美因茨约翰内斯·古腾堡大学（JGU）的研究人员介绍了一种有效地将二氧化碳转化为乙醇的方法，为化学应用提供了可持续的原材料。“我们可以从大气中去除温室气体二氧化碳，并将其重新整合到可持续的碳循环中，” JGU化学系的卡斯滕·斯特雷布教授表示。他的研究团队展示了如何通过电催化将二氧化碳转化为乙醇。如果在这一过程中使用绿色电力，这将是可持续的——可以将目前用于乙醇生产的粮食作物重新转向食品供应。卡斯滕·斯特雷布表示，尽管这种转换方法仅在实验室中进行了测试，但它具有大规模实施的潜力。研究结果已发表在《ACS催化》上。
有效的串联系统实现选择性电催化转化
将二氧化碳电化学转化为多碳产品（如乙醇）是一种生产高能燃料和有价值化学原料的优秀方法。它还利用二氧化碳作为前体，从而有助于减少大气中这种气体的含量。“我们需要合适的催化剂，能够高选择性地促进这种转化，确保我们获得目标产品——乙醇的良好产率，”斯特雷布解释道。
为了实现这一目标，他的研究小组开发了一种专门的电极，化学反应在此处发生。该电极涂有含有特定量钴和铜的黑色粉末，这些金属的定位也必须正确。“主要的挑战在于启动与二氧化碳的反应，”斯特雷布说。“这种分子中原子之间的键非常强，但钴可以打破这些键。”这种反应最初形成一氧化碳，这对化学工业并不合适。在第二阶段，引入铜将其转化为乙醇。“这只有在钴和铜紧密放置在电极上时才能有效，”斯特雷布指出，强调了导致他们成功结果的技术。
未来关注提高选择性
目前，该过程的选择性为80%，意味着80%的输入材料转化为乙醇，标志着迄今为止研究的最高成就。索雷萨·阿贝拉·查拉博士在提高这些结果方面发挥了关键作用。他是研究论文的第一作者，作为埃塞俄比亚洪堡研究奖学金的博士后加入了团队。两位共同作者，刘荣基博士和埃克梅纳·奥塞赫博士，也在斯特雷布团队中担任亚历山大·冯·洪堡基金会的研究员。该团队现在努力将这一过程的产率提高到90%至95%之间。理想情况下，他们希望获得一个能实现100%选择性的催化剂，使得在过程结束时不产生任何除乙醇之外的副产品。
“CataLight”研究中心的合作努力
成功依赖于有效的过程管理，特别是电极上钴和铜的负载。“我们希望能够对单个原子进行可视化，这可以通过一种特殊类型的电子显微镜实现，”斯特雷布说。为此，美因茨的化学家与乌尔姆大学的同事合作，作为合作研究中心/跨领域“CataLight”（CRC/TRR 234）的一部分。他们的目标是开发一种不仅高效且在较长时间内保持功能的催化剂。该系统展现了显著的稳定性，即使经过几个月后，其性能依然保持。
钴和铜的广泛可用性是选择这些金属时的重要考虑。尽管可以使用铂或钯等贵金属进行整个过程，但成本将会高昂，商业可行性有限。
环保乙醇生产节约粮食资源并引入新的能源来源
“通过利用现成的原材料作为催化剂，我们正与当前越来越重视非贵金属的研究趋势保持一致，”卡斯滕·斯特雷布教授强调。这个过程最终可能促进从绿色电力和电厂的二氧化碳排放中可持续生产乙醇。目前，巴西大量乙醇是从甘蔗和玉米中生产的，这使得这些作物无法满足当地的食品需求。这里介绍的方法可能开创出一种可持续和创新的乙醇生产方式，可以储存和按需用于分散发电。
