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第一作者：Cong Tian, Roham Dorakhan, Joshua Wicks

通訊作者：Edward H. Sargent

通訊郵箱：美國西北大學

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生物質(zhì)是一種從大氣中捕獲碳的可再生原料，可用于生產(chǎn)有價值的化學品和燃料。本文探討了電化學方法如何影響生物質(zhì)的增值，重點在于識別利用可再生電力和原料通過電特權(quán)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生增值產(chǎn)品的化學轉(zhuǎn)化。

首先，我們建議該領域應探索擴大從生物原料衍生的平臺化學品的范圍，從而提供通向傳統(tǒng)上從石油衍生的分子的途徑。

其次，我們確定了從生物質(zhì)中通過電催化生產(chǎn)高能燃料的機會，這些燃料利用水作為氫源，可再生電力作為驅(qū)動力。最后，我們考慮了電化學解聚的潛力，以保留在傳統(tǒng)解聚路線中嚴苛預處理過程中會丟失的原料中的關(guān)鍵官能團。

基于這些重要事項，我們提出了生物質(zhì)與電化學整合的路線圖，并提供了進一步挖掘電化學生物質(zhì)增值潛力所需的里程碑。

圖文導讀

圖1. 生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的工藝分析。

綜合分析了生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中所需的能量，包括不同生物質(zhì)原料和相應工藝對獲得高能量密度和高氫碳比產(chǎn)品的影響。

圖中展示了多種生物質(zhì)原料的平臺化學品，以及通過不同過程獲得的產(chǎn)品類別和它們的能量輸入（PEI）評分。這些評分基于加工溫度、壓力和分離能量，提供了對不同轉(zhuǎn)化過程能量需求的半定量評估。

圖2. 電化學轉(zhuǎn)化研究概覽。

提供了過去十年中電化學轉(zhuǎn)化生物質(zhì)平臺化學品的研究概況。它包括了氧化和還原反應的示例，以及它們的產(chǎn)物和反應物。

還突出了生物乙醇、乳酸、HMF、糠醛和甘油等生物質(zhì)衍生化學品作為電化學轉(zhuǎn)化研究的重點，因為它們具有較大的市場規(guī)模和應用潛力。

圖3. 電化學生物質(zhì)增值途徑。

電化學生物質(zhì)增值的不同途徑，包括從生物質(zhì)平臺化學品到燃料和化學品的轉(zhuǎn)化。強調(diào)了電化學過程在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的優(yōu)勢，如溫和的反應條件、可調(diào)的反應潛力和電解液的精細調(diào)控，以及它們在生產(chǎn)高能量密度燃料方面的潛力。此外，還比較了傳統(tǒng)熱化學過程和電化學替代方案在能量消耗方面的差異。

圖4. 邁向凈零排放的路線圖

表提出了一個路線圖，展示了電化學和生物質(zhì)轉(zhuǎn)化如何共同為實現(xiàn)2050年的凈零排放目標做出貢獻。概述了三個階段的里程碑，包括近期的科研成就、工業(yè)應用的轉(zhuǎn)化以及最終對實現(xiàn)凈零排放目標的貢獻。

總結(jié)展望

本文提出了電化學方法在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的潛力和挑戰(zhàn)，并提出了一個路線圖，以實現(xiàn)生物質(zhì)的高效利用和生產(chǎn)低碳生物燃料。

通過電化學轉(zhuǎn)化，可以溫和地處理生物質(zhì)原料，選擇性地保留有價值的官能團，并生產(chǎn)出高能量密度的燃料和化學品。文章強調(diào)了電化學過程在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的電特權(quán)，即利用可再生電力作為低碳能源，以水作為氫源和CO₂作為碳源進行烴類轉(zhuǎn)化。

此外，文章還提出了未來研究的方向，包括開發(fā)新的電催化劑、改進反應器設計和深入理解反應機制，以實現(xiàn)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程的優(yōu)化和工業(yè)化。

文獻信息

標題：Progress and roadmap for electro-privileged transformations of bio-derived molecules

期刊：Nature Catalysis

原創(chuàng)文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/04/23/81e9624a9c/

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