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电解还原二氧化碳的未来：如何将废气转化为有用的化学品？
在面对全球气候变化的挑战时，科学界正寻求各种创新技术来降低工业活动所释放的二氧化碳（CO2）排放。电解还原二氧化碳（CO2RR）是一种新兴技术，旨在使用电能将CO2转化为多种有用的化学品，这一过程可能成为碳捕集与利用（CCU）的一个重要组成部分。
根据最新研究，CO2RR不仅可以生产如甲酸（HCOO-）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、乙烯（C2H4）和乙醇（C2H5OH）等化合物，还能为企业提供一条几乎与碳中和相吻合的道路。这项技术的发展受到多家公司关注，包括西门子（Siemens）、二氧化碳材料（Dioxide Materials）、Twelve和GIGKarasek等，并在2021年进入了试点阶段。
「当前的主要挑战是电力成本相对高昂以及二氧化碳常常与氧气混杂，需要在还原前进行纯化。」
电解还原二氧化碳的历史可以追溯到19世纪，当时利用锌阴极将CO2还原为一氧化碳。然而，随着1970年代石油禁运的影响，研究在1980年代得到了加速。一些先进的电解槽系统正在开发中，这些系统能够直接从空气捕集CO2或使用强碱和胺基吸收剂来提取二氧化碳，并在相对较低的能耗下进行还原过程。
在这一过程中，催化剂的选择至关重要。不同的金属催化剂对于生成不同的产品有不同的选择性。例如，铜催化剂可以产生多种还原位产品，如甲烷、乙烯或乙醇，而其他如锡或铋则偏好于生成甲酸。在工业中，一些化学品，如尿素和甲醇，已经开始利用二氧化碳作为原料进行生产。
「催化剂的组成对电解质的性能至关重要，气体扩散电极被认为是提高生产率的关键。」
从二氧化碳中提取化学品的潜力
在植物的光合作用过程中，它们能够将二氧化碳转化为糖类，这为许多生物合成途径提供了原料。然而，工业化采用还存在一定挑战。现今，许多基于电解还原的技术尚未商业化，尤其是常温操作的电解槽尚需进一步的技术突破。取而代之的是，固体氧化物电解槽（SOECs）能够在升高的温度下有效地将CO2转化为CO并商业化。
电解还原技术的吸引力在于它能够与可再生能源相结合，降低碳排放并帮助实现可持续发展。某些技术可以在环境条件下操作，这意味着扩展和可调性比传统化工厂更容易。当前，电解还原二氧化碳的最终目标是转化为更高价值的化学品，例如乙烯及其衍生产品。
「生产正确的催化剂和控制反应的条件将成为推动应用电解还原二氧化碳技术的关键。」
尽管二氧化碳的电解还原在技术上还存在一定挑战，对于未来的发展潜力不容忽视。随着对可再生能源和碳中和目标的关注加强，越来越多的企业可能会开始探索该技术的潜力，预计在不久的将来，将有更多的产品通过这项技术实现工业化生产。
在这股潮流中，我们究竟应该如何积极参与，推动电解还原二氧化碳成为未来可持续化学品生产的核心技术呢？
