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瑞典隆德大學的研究人員開發(fā)了一種創(chuàng)新的汽車燃料系統(tǒng)，該系統(tǒng)以循環(huán)方式運行，最大限度地減少了溫室氣體排放。該系統(tǒng)利用一種獨特的液體，在與固體催化劑結(jié)合后，轉(zhuǎn)化為汽車使用的氫燃料。使用后，用過的液體從汽車油箱中取出，重新充入氫氣即可再次使用。這一過程形成了一個閉環(huán)系統(tǒng)，大大減少了對環(huán)境的影響。

隆德大學的研究人員在兩篇研究文章中證明了這一方法的有效性，雖然目前仍處于基礎(chǔ)研究階段，但未來有可能成為一種高效的儲能系統(tǒng)。

隆德大學化學系教授奧拉-溫特（Ola Wendt）是這篇文章的作者之一，他說："我們的催化劑是目前最有效的催化劑之一，至少從公開的研究成果來看是如此。"

應對氣候影響和探索氫氣

為了減少化石燃料產(chǎn)生的二氧化碳排放，必須找到生產(chǎn)、儲存和轉(zhuǎn)化能源的替代方法，以降低對氣候的影響。其中一種方法就是備受關(guān)注的氫氣，許多人認為氫氣是未來能源儲存的一種解決方案。自然界將能量儲存在化學鍵中，而氫氣相對于其重量而言具有最高的能量密度。然而，氣體很難處理，因此我們正在研究充有氫氣的液體燃料，這種燃料可以通過泵輸送，與現(xiàn)在加油站的輸送方式大致相同。

這一概念被稱為 LOHC（液態(tài)有機氫載體），并不是什么新概念。目前的挑戰(zhàn)在于找到一種盡可能高效的催化劑，能夠從液體中提取氫氣。

該系統(tǒng)打算使用一種"充有"氫的液體。液體被泵送通過固體催化劑，從而提取出氫。這可以用于燃料電池（將化學燃料轉(zhuǎn)化為電能），而"用過"的液體則被輸送到另一個罐中。唯一的排放物是水。

用過的液體可以在加油站倒掉，然后再注入新的充好電的液體。這可能意味著要大規(guī)模生產(chǎn)這種物質(zhì)，相當于今天的煉油廠。

研究人員轉(zhuǎn)化了液體中 99% 以上的氫氣，并正在計算是否有可能將這種燃料用于大型車輛，如公共汽車、卡車和飛機。

"利用它們的大型油箱，也許可以達到與使用一箱柴油幾乎相同的行駛距離。"奧拉-溫特說："與壓縮氫相比，還可以多轉(zhuǎn)換約 50% 的能量。"

組件與挑戰(zhàn)

研究過程中使用的液體是異丙醇（紗窗清洗劑的常見成分）和 4-甲基哌啶。這聽起來是不是有點好得不像真的？是的，至少現(xiàn)在還存在一些挑戰(zhàn)。其一是催化劑的壽命相當有限。另一個挑戰(zhàn)是催化劑所基于的銥是一種貴金屬。

"但我們估計，每輛汽車大約需要兩克銥。"奧拉-溫特（Ola Wendt）說："這可以與今天的尾氣清潔催化轉(zhuǎn)換器相比，后者含有大約三克的鉑金、鈀金和銠，這些也都是貴金屬。"

這是一種基于基礎(chǔ)研究的技術(shù)解決方案。如果決定生產(chǎn)成品，研究人員相信，只要經(jīng)濟上可行、社會上有興趣，這一概念在十年內(nèi)就能實現(xiàn)。

另一個問題是如何生產(chǎn)氫氣--目前，大多數(shù)氫氣生產(chǎn)都不是氣候友好型的。然后，還需要以有效的方式儲存和運輸氫氣，而這在今天并不那么簡單。此外，使用壓縮氫燃料也存在風險。隆德大學的研究人員希望用他們的方法解決這個問題。

"目前，98% 的氫氣都是化石氫氣，由天然氣生產(chǎn)。副產(chǎn)品是二氧化碳。"奧拉-溫特說："從環(huán)保的角度來看，如果使用天然氣生產(chǎn)用于鋼鐵、電池和燃料的氫氣，這個概念就毫無意義。"但他解釋說，目前正在進行大量研究，探討如何利用可再生能源將水分成氫氣和氧氣，從而生產(chǎn)出"綠色氫氣"。

同時，要想讓可再生和氣候友好型替代品站穩(wěn)腳跟，它需要更低的成本，就必須做出政治決策。這。他總結(jié)說："可再生能源不可能與從地里挖出來的東西競爭，運輸幾乎是唯一的成本，化石燃料也是如此。"

參考文獻： Kaushik Chakrabarti、Alice Spangenberg、Vasudevan Subramaniyan、Andreas Hederstedt、Omar Y. Abdelaziz、Alexey V. Polukeev、Reine Wallenberg、Christian P. Hulteberg 和 Ola F. Wendt 于 2023 年 7 月 27 日發(fā)表在《催化科學與技術(shù)》上的論文："4-甲基哌啶在連續(xù)流中通過支撐鉗狀配位銥催化劑的無受體脫氫反應"。

doi: 10.1039/d3cy00881a

"連續(xù)流反應器中的銥催化脫氫，從液態(tài)有機氫載體中生成實用的車載氫氣"，作者：Alexey V. Polukeev、Reine Wallenberg、Jens Uhlig、Christian P. Hulteberg 和 Ola F. Wendt，2022 年 3 月 9 日，ChemSusChem。