由北京大學、中國科學院大學和卡迪夫大學等開發(fā)的新型熱催化制氫技術，實現了溫室氣體二氧化碳(CO?)的“零”排放。這項突破性工藝在270℃的溫和條件下，將農林廢棄物產生的生物乙醇與水分子直接轉化為清潔氫氣，同時聯(lián)產具有重要工業(yè)價值的乙酸，為氫能產業(yè)提供了兼具環(huán)境效益與經濟可行性的創(chuàng)新解決方案。相關研究成果于2月13日發(fā)表在《科學》上。
尋找可持續(xù)方法來生產日常生活所需產品，并實現凈零排放目標，是化工行業(yè)面臨的關鍵挑戰(zhàn)。氫氣被認為是實現上述目標的一種途徑，但其傳統(tǒng)的制備過程極其耗能，并產生大量CO?，削弱了其環(huán)境效益。于是，研究團隊想要找到一種新生產工藝，在不排放CO?的情況下實現高產率制備氫氣。
近年來，生物乙醇因其可再生性、高含氫量及良好的儲運安全性，成為備受關注的綠色制氫原料。然而，傳統(tǒng)的乙醇—水重整制氫技術仍存在兩大難題。首先，該過程通常需在300℃~600℃的高溫條件下進行，能耗高且難以避免乙醇分子C-C鍵斷裂導致的CO?排放；其次，現有催化劑易受到積碳和燒結失活的影響，限制了其工業(yè)化應用，難以兼顧催化效率與長期穩(wěn)定性。
研究團隊歷時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)乙醇重整的技術瓶頸。該催化劑通過精準調控活性位點，將反應溫度從常規(guī)工藝的300℃~600℃大幅降至270℃，并徹底改變反應路徑：在傳統(tǒng)工藝必然產生CO?的環(huán)節(jié)中，通過阻斷中間物C-C鍵斷裂而得到目標產物乙酸分子，阻止了CO?以溫室氣體形式排放。
在此基礎上，研究團隊開創(chuàng)性地提出金屬—碳化鉬體系“選擇性部分重整”制氫新技術。這一技術將乙醇—水重整反應從傳統(tǒng)的完全重整路徑轉變?yōu)檫x擇性部分重整路徑，在270℃溫和條件下實現高通量氫氣制備，同時聯(lián)產高值化學品。此過程從反應源頭消除了CO?直接排放，同時將反應物中的碳資源高選擇性地轉化為液態(tài)化學品。
與傳統(tǒng)化石能源制氫相比，該技術每生產1噸氫氣可減少9噸至12噸CO?排放。此外，產生的乙酸不僅提升了該技術的經濟可行性，也增強了其可持續(xù)性。作為全球年需求量超1500萬噸的重要化工原料，可覆蓋工藝成本的70%以上。業(yè)內專家表示，這種創(chuàng)新催化技術在推動綠色氫能經濟和支持全球碳中和目標方面具有巨大潛力。
