以二氧化碳规模化利用技术为核心的碳减排方案

零碳能源耦合二氧化碳的转化利用技术

CO₂是一种自然界大量存在的“碳源”化合物，若能借助零碳能源（可再生能源、核能等）电解水制得的氢气（H₂）将 CO₂转化为有用的化学品或燃料，将同时帮助解决大气中 CO₂浓度增加导致的环境问题、化石燃料的过度依赖以及可再生能源的存储问题（图 4）。汽油和航空煤油等烃类化合物是重要的运输燃料，在世界范围内应用广泛、具有很高的经济价值。诺贝尔化学奖获得者 Olah提出了“人工碳循环”的概念，若借助零碳能源将 CO₂直接转化为液体燃料可使得整个碳循环更加有效。目前，CO₂资源化利用的研究主要集中在 CH₃OH、甲酸（HCOOH）、CH₄和一氧化碳（CO）等简单小分子化合物的合成，然而，受限于 CO₂分子的化学惰性和有效催化剂体系的开发，将其转化为含有 2 个以上碳原子的化合物仍然是一巨大的挑战。

图 4 零碳能源耦合二氧化碳的转化利用路线图

近年来，用于 CO 或 CO₂加氢转化的高性能催化剂的开发受到广泛关注。中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）葛庆杰课题组开发的催化剂，实现了 CH₄和 CO 的低选择性，使 CO₂加氢直接合成汽油的选择性达到 78％。大连化物所包信和课题组与厦门大学王野课题组开发的复合催化剂，发展了不经费托途径的合成气直接转化制烯烃新路线，将低碳烯烃选择性提高到 70％ 以上。中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室曾杰课题组开发了新型氮化钴催化剂，大幅提升了 CO₂加氢反应的活性。大连化物所催化基础国家重点实验室李灿团队在 CO₂催化加氢制备芳烃研究方面也取得新进展，通过开发的新型催化剂体系直接将 CO₂高选择性的转化为芳烃，为 CO₂转化拓展了新的思路。

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