苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)于 3 月 4 日发布博文,其研究团队开发出高能效转换路径,成功将空气中的二氧化碳和氢气转化为甲醇,成为“绿氢”载体。

IT之家注:绿氢 / 绿色甲醇(Green Methanol / Grünes Methanol)是指利用可再生能源(如风能、太阳能)电解水制取的氢气(绿氢),再与捕获的二氧化碳反应生成的甲醇。整个生命周期内不增加大气中的碳排放,是未来清洁能源的重要载体。

甲醇不仅是化学工业的关键基础原料,更是极具潜力的绿色能源载体。甲醇在室温下呈液态,能够直接用于船舶发动机,而且在能量密度方面,常温液态甲醇与冷却至零下 200°C、加压至 700 巴(bar)的氢气完全相当。

因此以甲醇形式存储能量一方面可以降低技术门槛,另一方面也能简化后续的使用流程,不过现阶段的商业化主要挑战,就是需要大幅优化甲醇合成反应过程。

研究团队为突破合成效率瓶颈,弃用包含数千个原子的传统催化剂颗粒,转而采用单个铟原子作为催化剂。相较于贵金属,铟在地球上的储量相对丰富。

测试数据表明,这种单原子铟催化材料将甲醇产量显著提升了 70%。在这种极限尺度下,每一个铟原子都能切实降低氢气转化为甲醇所需的反应能耗,从而最大化利用效率。

在制造工艺方面,研究人员将单个铟原子精准固定在氧化铪表面上,铪同样属于稀有元素,但其丰度是铟的 40 倍。不过,制备这种催化表面需要至少 2000°C 的高温环境。

尽管该工艺目前较为复杂且成本高昂,但其背后的理论依据将极大推动甲醇及其他化学品的高效生产。凭借单原子催化带来的极高测量精度,科学家未来能够更透彻地解析化学反应机制,排除以往颗粒催化中未参与反应原子的干扰数据,进而持续优化绿色甲醇的工业化制备流程。