因發(fā)電“業(yè)績”不穩(wěn)定而遭公共電網(wǎng)拒之門外，這些風(fēng)能、太陽能中的“散兵游勇”，還有沒有用武之地？投身改造溫室氣體的大業(yè)唄！位于張江的中國科學(xué)院上海高等研究院再傳捷報。該院近來發(fā)表了一系列溫室氣體資源化利用的重要科研成果，這一回更是巧妙地完成了雙重“變廢為寶”：“廢風(fēng)廢電”催化溫室氣體“重獲新生”，雙雙找到了適合自己的“遠大前程”。

　　日前，中科院低碳轉(zhuǎn)化科學(xué)與工程重點實驗室暨上海高研院—上海科技大學(xué)低碳能源聯(lián)合實驗室，在電催化二氧化碳還原轉(zhuǎn)化生成甲酸和乙醇方面均取得重要進展，相關(guān)論文均發(fā)表于國際知名學(xué)術(shù)期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》上，并被編輯列為VIP（Very Important Paper，非常重要的論文）。

　　隨著全球變暖問題的日益凸顯和國際氣候政治的不斷升溫，讓溫室氣體“改邪歸正”已經(jīng)成為能源科學(xué)界的大熱門題材。然而，如果在把二氧化碳等溫室氣體改造成化工原料的過程中，又需消耗大量煤炭、石油等化石能源，從而產(chǎn)生新的溫室氣體排放，好比“拆東墻補西墻”，從節(jié)能減排的角度來講，價值就大打折扣了。“比如，現(xiàn)在化工上已經(jīng)成熟的含有二氧化碳的合成氣高溫加氫制甲醇，采用熱催化的技術(shù)路線，250℃左右高溫的合成環(huán)境，需要大量燒煤供給能量。”上海高研院研究員陳為告訴記者，如果設(shè)法將熱催化改為電催化，把燒煤改為加電，無疑能節(jié)煤減排。更難得的是，用作催化劑“動力源”的電能，非常“會過日子”，只需1伏~2伏的電壓便能完成改造二氧化碳的重大使命。

　　因此，上海科學(xué)家們想到了風(fēng)能和太陽能。這些新能源，由于“靠天吃飯”，發(fā)電效率波動性大，很多時候無法并入公共電網(wǎng)，在我國西北地區(qū)便存在這樣的“廢風(fēng)廢電”現(xiàn)象。而這些電，已足以勝任電催化的工作，關(guān)鍵在于找到合適的催化劑，高效率地獲得高附加值的化學(xué)品。

圖說： 基于含氮介孔碳電催化二氧化碳直接制乙醇 中科院上海高研院供圖

　　陳為研究組經(jīng)過近兩年的不斷探索，篩選、嘗試了大量金屬、合金催化劑，最終發(fā)現(xiàn)由金屬鈀、錫組成的鈀-錫合金催化劑性能優(yōu)異，只需施加非常低的電壓，該催化劑就能將所輸入電能的99%用于驅(qū)動二氧化碳轉(zhuǎn)化生成甲酸。甲酸是基本有機化工原料之一，廣泛用于農(nóng)藥、皮革、染料、醫(yī)藥和橡膠等工業(yè)。

　　“更高難度的是在電催化過程中，將二氧化碳‘改造’成含有兩個和兩個以上碳原子的更高附加值化工品，比如乙烯、乙醇。“因為二氧化碳本身只含有一個碳原子，轉(zhuǎn)化成雙碳分子，牽涉到碳-碳鍵耦合等復(fù)雜技術(shù)難題。”經(jīng)過多年科研積累，研究團隊開發(fā)出了氮摻雜的介孔碳材料，用于電催化，成功將二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙醇，且電流效率高達77%，遠遠高于同行們此前百分之十幾的水平。乙醇是用途最為廣泛的基礎(chǔ)化學(xué)品之一，應(yīng)用于合成醋酸、飲料、香精、染料、燃料等，例如添加有乙醇的汽油已在美國、巴西大量使用。

　　“我們的研究工作，目前還停留在實驗室研究階段，想要實現(xiàn)工業(yè)化使用，還需大量工作。”陳為介紹說，研究團隊目前正嘗試“干電催化”，看看催化轉(zhuǎn)化過程能否不在水溶液中發(fā)生，以解決二氧化碳水溶解度較低的頑疾。同時，嘗試直接使用太陽能光催化二氧化碳轉(zhuǎn)化，希望未來能讓更多清潔能源加入改造溫室氣體的行列中來。