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瑞典隆德大学的研究人员开发了一种创新的汽车燃料系统，该系统以循环方式运行，最大限度地减少了温室气体排放。该系统利用一种独特的液体，在与固体催化剂结合后，转化为汽车使用的氢燃料。使用后，用过的液体从汽车油箱中取出，重新充入氢气即可再次使用。这一过程形成了一个闭环系统，大大减少了对环境的影响。

隆德大学的研究人员在两篇研究文章中证明了这一方法的有效性，虽然目前仍处于基础研究阶段，但未来有可能成为一种高效的储能系统。

隆德大学化学系教授奥拉-温特（Ola Wendt）是这篇文章的作者之一，他说："我们的催化剂是目前最有效的催化剂之一，至少从公开的研究成果来看是如此。"

应对气候影响和探索氢气

为了减少化石燃料产生的二氧化碳排放，必须找到生产、储存和转化能源的替代方法，以降低对气候的影响。其中一种方法就是备受关注的氢气，许多人认为氢气是未来能源储存的一种解决方案。自然界将能量储存在化学键中，而氢气相对于其重量而言具有最高的能量密度。然而，气体很难处理，因此我们正在研究充有氢气的液体燃料，这种燃料可以通过泵输送，与现在加油站的输送方式大致相同。

这一概念被称为 LOHC（液态有机氢载体），并不是什么新概念。目前的挑战在于找到一种尽可能高效的催化剂，能够从液体中提取氢气。

该系统打算使用一种"充有"氢的液体。液体被泵送通过固体催化剂，从而提取出氢。这可以用于燃料电池（将化学燃料转化为电能），而"用过"的液体则被输送到另一个罐中。唯一的排放物是水。

用过的液体可以在加油站倒掉，然后再注入新的充好电的液体。这可能意味着要大规模生产这种物质，相当于今天的炼油厂。

研究人员转化了液体中 99% 以上的氢气，并正在计算是否有可能将这种燃料用于大型车辆，如公共汽车、卡车和飞机。

"利用它们的大型油箱，也许可以达到与使用一箱柴油几乎相同的行驶距离。"奥拉-温特说："与压缩氢相比，还可以多转换约 50% 的能量。"

组件与挑战

研究过程中使用的液体是异丙醇（纱窗清洗剂的常见成分）和 4-甲基哌啶。这听起来是不是有点好得不像真的？是的，至少现在还存在一些挑战。其一是催化剂的寿命相当有限。另一个挑战是催化剂所基于的铱是一种贵金属。

"但我们估计，每辆汽车大约需要两克铱。"奥拉-温特（Ola Wendt）说："这可以与今天的尾气清洁催化转换器相比，后者含有大约三克的铂金、钯金和铑，这些也都是贵金属。"

这是一种基于基础研究的技术解决方案。如果决定生产成品，研究人员相信，只要经济上可行、社会上有兴趣，这一概念在十年内就能实现。

另一个问题是如何生产氢气--目前，大多数氢气生产都不是气候友好型的。然后，还需要以有效的方式储存和运输氢气，而这在今天并不那么简单。此外，使用压缩氢燃料也存在风险。隆德大学的研究人员希望用他们的方法解决这个问题。

"目前，98% 的氢气都是化石氢气，由天然气生产。副产品是二氧化碳。"奥拉-温特说："从环保的角度来看，如果使用天然气生产用于钢铁、电池和燃料的氢气，这个概念就毫无意义。"但他解释说，目前正在进行大量研究，探讨如何利用可再生能源将水分成氢气和氧气，从而生产出"绿色氢气"。

同时，要想让可再生和气候友好型替代品站稳脚跟，它需要更低的成本，就必须做出政治决策。这。他总结说："可再生能源不可能与从地里挖出来的东西竞争，运输几乎是唯一的成本，化石燃料也是如此。"

参考文献： 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 日发表在《催化科学与技术》上的论文："4-甲基哌啶在连续流中通过支撑钳状配位铱催化剂的无受体脱氢反应"。

doi: 10.1039/d3cy00881a

"连续流反应器中的铱催化脱氢，从液态有机氢载体中生成实用的车载氢气"，作者：Alexey V. Polukeev、Reine Wallenberg、Jens Uhlig、Christian P. Hulteberg 和 Ola F. Wendt，2022 年 3 月 9 日，ChemSusChem。