各位老铁们好，相信很多人对石油缺失对化学工业的持续发展影响探究都不是特别的了解，因此呢，今天就来为大家分享下关于石油缺失对化学工业的持续发展影响探究以及的问题知识，还望可以帮助大家，解决大家的一些困惑，下面一起来看看吧！

今年5月的《科学》杂志上[3]，Sebastian T. Wismann和他的同事报道了一种环保的工业制氢方法。电化学反应器可以替代传统的甲烷燃料蒸汽重整反应器，使甲烷得到最大程度的转化，同时避免了燃料燃烧产生的二氧化碳排放。该技术易于集成，可设计出比传统甲烷蒸汽重整平台小100 倍的极其紧凑的反应器。

除了使用天然气中的甲烷之外，化学家还希望利用更简单、更容易获得的起始材料（例如水和二氧化碳（CO2））来制备复杂的化合物。随着可再生能源（如太阳能、风能、海洋能等）发电量的激增，化学家开始想象电能不仅可以提供热能，还可以作为直接驱动力。反应，即所谓的电合成。

斯坦福大学的Thomas Jaramillo 致力于研究与能源转换相关的可持续化学转化材料和工艺。他们计算出，如果电费不超过每千瓦时（kWh）4美分，并且将电能转化为化学键储存的能量的效率大于60%，那么电合成方法可以生产CO、H2、乙醇、乙烯等产品将具有巨大的市场竞争力。 [4]

如果电力成本进一步下降，将能够通过电化学方法制备更多的化合物。 2018年，萨金特计算出，如果电价降低到2美分/千瓦时，用二氧化碳合成甲酸、乙二醇和丙醇是可行的。 [5]这似乎给了我们更明确的目标和方向。

公司也开始参与这场革命。 “我们正在将‘电子’转化为化学品，”初创公司Opus12 的首席执行官尼古拉斯·弗兰德斯(Nicholas Flanders) 说。他们设计了一种洗衣机大小的电化学装置，可以将空气中的水和二氧化碳转化为燃料和其他分子，而无需使用石油。 [6]

除了初创企业之外，像西门子这样的行业巨头也没有袖手旁观。例如，西门子正在销售大型电解槽，利用电力将水分解为氧气和氢气。西门子能源技术首席专家Maximilian Fleischer表示，商用质子交换膜（PEM）电解槽分解水制氢的效率已超过60%，达到Jaramillo提出的第二个标准。 [7] 甚至壳牌和雪佛龙等石油公司也在寻找将可再生能源转化为燃料的方法。

另一家名为Sunfire的公司已经完成了高温电解反应器——固体氧化物燃料电池的测试。该装置使用水、二氧化碳和电力来生产碳中性燃料。据称，效率有望超过质子交换膜电解槽。中试工厂的生产过程分为四个阶段。第一阶段从空气中分离二氧化碳，然后将其输送到燃料电池。利用电能，水和二氧化碳在燃料电池的阴极分解，产生二氧化碳、氢气和带负电的氧离子的混合物。这些离子穿过透氧固体膜到达阳极，在那里它们释放电子并结合产生氧气。产生的CO和H2（即合成气）进入第三反应器产生碳氢化合物。在第四阶段，这些碳氢化合物进一步与H2混合，重整为汽油、柴油和航空燃料所需的碳氢化合物混合物。该公司表示，由于该工厂在高温下运行，水和二氧化碳的裂解反应将电能转化为化学能，效率接近80%。

尽管简单的工业化学品可以在商业上买到，但大多数复杂碳氢化合物的直接电合成仍然效率低下且成本高昂。制备含有两个碳的化合物，例如乙烯和乙醇，通常仅使用约35%的电力。对于超过三个碳的化合物，效率将降至10% 以下。有两个最大的问题：每次旧键断裂并形成新键时，都会损失一些能量；制备复杂的碳氢化合物意味着产生更多的副产品、减少能源利用率并增加分离成本。

寻找合理高效的催化剂或许是解决这两个问题的出路。今年8月的《焦耳》杂志上，萨金特和他的同事报道了一种改进的电解槽[9]，它使用涂有铜催化剂的膜将二氧化碳和水蒸气转化为含有两个碳的化合物，包括乙烯。和乙醇，法拉第效率可达80%，可稳定连续运行100小时以上，乙烯输出>100 mA cm2。

此外，大型化工厂如何从依赖化石燃料转向依赖绿色电力也成为制约项目发展的重大问题。一个主要障碍是可再生能源的可持续性问题。化石燃料驱动的化工厂可以全天候运行，但由于维修和其他问题而导致的停机往往会使设备利用率降低至60% 左右。然而，在使用可再生能源的工厂中，设备利用率可能低于50%。例如，由于夜间和阴天，太阳能发电量将下降到25%以下，风电和水电也会受到季节和天气的影响。结果是可再生能源发电厂需要更长的时间才能盈利，使得投资者不愿支持这些项目。

尽管如此，“我们应该保持乐观，”塞维斯说。随着化学家开发新的反应器并发现越来越高效的催化剂组合，以及随着可再生能源的不断激增，化学品将变得更加绿色，阳光、空气和水将成为未来绿色化工的基础。仅仅宣传和呼吁可能还不够。绿色化学品只有真正具有市场竞争力，才能与传统石化产品竞争。

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