新催化剂可以将煤转化为液体燃料和且能捕集CO2

世界能源消测预计在未来几十年煤炭仍将是世界主要能源之一，并且其越来越多的煤炭将被转化为液体燃料（CTL）。从清洁和低碳能源在北京和艾恩德霍芬科技大学研究所的研究人员开发出铁基催化剂是大幅降低运营成本，并打开捕捉大量由CTL产生的CO2的大门。他们的研究成果发表在Science Advances杂志上。

突出这一研究结果的重要性，需要对CTL过程有一些了解。第一阶段是将煤转化为合成气，即一氧化碳（CO）和氢气（H2）的混合物。这些组分转化为液体燃料用Fischer-Tropsch工艺。但在此之前，必须改变合混合气体的组分以确保该过程产生液体燃料。因此，在水煤气变换的过程中将CO转化为CO2，使残余CO从合成气中除去。

研究人员解决了Fischer-Tropsch反应堆中的一个关键问题。与大多数化学处理一样，催化剂需要能够进行反应。CTL催化剂主要是铁基催化剂，但它们将大约30％的CO转化为合成过程中不需要的CO2。CO2这一副产品在这个阶段难以捕获，经常被大量释放。这一过程不仅消耗大量能源而且没有任何好处。

北京和埃因霍温的研究人员发现，CO2释放是由多种成分的铁系催化剂不纯引起的。研究人员能够生产纯形式的特定碳化铁，称为ε铁碳化物，它催化过程几乎不产生CO2。人们早就知道该催化剂的存在，但它仍然不够稳定存在，不适合Fischer-Tropsch工艺的剧烈条件。中荷研究小组现表明，这种不稳定性是由催化剂中的杂质引起的。相比之下，即使在2300kpa压力下和250 ℃的典型工业加工条件下，它们开发的纯ε碳化铁也能稳定存在并且保持催化功能。

该新型催化剂消除了几乎所有的由Fischer-Tropsch反应产生CO2。对于传统的CTL工厂，催化剂可以每年在能源需求和运营方面减少约2500万欧元成本。在此阶段释放的CO2现在可以在水煤气变换阶段中被除去。这是个好消息，因为在这个阶段CO2捕获起来要容易得多。实现这一目标的技术称为CCUS（碳的捕获，利用和存储）。它自开发以来已经在几个试验工厂中应用。

煤炭转化为液体燃料适用于煤炭资源丰富的国家，这些国家必须进口石油供应液体燃料，如中国和美国。“我们意识到我们的新技术促进了煤炭化石燃料的使用。但是，煤炭资源丰富的国家很可能会在未来几十年继续开采煤炭。我们希望用最可持续的方式帮助开发煤炭，“埃因霍温科技大学的首席研究员EmielHensen教授说。

研究结果可能会减少开发钴的CTL催化剂。钴基催化剂没有CO2问题，但是它们昂贵。并且由于钴在电池中使用占钴总消耗量的一半，使钴迅速成为稀缺资源。

Hensen希望新开发的催化剂也将在未来的能源和基础化学品行业中发挥重要作用。原料不是煤或天然气，而是废物和生物质。这些新原料转化的中间产品合成气将继续成为核心要素。

原文来自：sciencedaily，原文题目：New catalyst opens door to CO2 capture in conversion of coal to liquid fuels，由材料科技在线团队编译。