给有机合成通电有回报吗?电-有机转化的能量效率

摘要

有机合成的电气化是一种生动地增长的研究领域,并引起了化学工业的巨大关注。该综述突出了电气合成的各个方面,即关于该主题的其他文章很少被解决:技术相关的电器合成的能量消耗和能量效率。

概述了四个不同规模的例子。

在过去的几年里,电有机合成经历了一次复兴。本文综述了电化学驱动转换的能源效率或能源需求,因为这是一个关键参数考虑到,例如,在工业决策者。阐述了确定能源效率的影响因素,并讨论了将电化学过程归类为“能源效率”需要什么。总结了电合成方法的典型优点,并对电有机过程效率(如电能消耗)的特点进行了界定。技术上良好实现的例子被描述来说明电化学方法可能的好处。此外,本文还着重介绍了一些有前途的研究实例,并指出精细化学品的转化比电化学合成燃料更具吸引力。

介绍

有机电气合成的第一次尝试会在170年后回来。然而,电化学方法已经低估了很长时间,并且在过去几年内经历了复兴。1,2许多当代社会问题也与化学应对可再生能源,避免温室气体和浪费,以及更换化石资源。由于电化学可以提供更环保的化学路线,因此科学家们专注于电力合成和转化,以支持可持续的生态足迹。1,3.,4

在21世纪,电化学及其应用将在工业中发挥重要作用,例如在贝泽尔或李斯梅尔工艺中,也在商业世界中。5,6电化学具有许多优点,如在温和的条件下工作,避免侵略性和危险的试剂,并与替代原料工作。有可能提高现有反应的选择性并引发新的化学反应。2,7,8

近年来,合成燃料的产生引起了人们的广泛关注。利用电流,CO2水被分解成能量载体,如甲醇或甲烷。在使用可再生资源发电的情况下,电力转化燃料技术可以支持封闭的人工碳循环的实施。

然而,电合成平台化学品如醇,乙烯和甲烷的CO2主要通过使用铜基催化剂来实现,这一方面能够产生C-C键,但另一方面同时产生各种烃。获得的气态和液体级分代表多组分混合物,其需要昂贵纯化。电解质主要是含水性质,提供相当小的醇和甲酸甲酸酯,这使得产品分离更加成本。由于这些产品的大量需要,因此根据下游加工的资本成本以及其运行成本是巨大的。与此同时,平台化学品以相当低的价格出售,缩小利润率。

相比之下,精细化学品的生产规模更小,每千克的收入明显更高。在精细化学品的生产中,电合成方法可能提供两个主要的好处。由于反应是由电流驱动的,强烈和危险的氧化剂或还原剂如LiAlH4可省略,节省试剂成本和安全防范措施。值得注意的是,电子是最便宜和最多才多艺的氧化还原剂之一。此外,由于避免了试剂的浪费,电合成可能有助于促进下游处理。例如,在贝泽工艺中,每年生产30万吨己二腈。产品己二腈由于较低的混溶性形成有机层,很容易从水电解质中分离。从分裂细胞到未分裂细胞的概念转换可以改善投资、维护和能源等成本因素。转化率达90%以上,且己二腈和乙腈两相分离成本较低。9

如图1中所示。1,电化学方法可以提供不同部分的产品,例如合成燃料,商品,精细化学品和专业。解决行业中的决策者的一个重要方面是,在成本方面,电化学替代方案是否优于现有的过程。精力充沛的考虑对于过程开发特别感兴趣。因此,有必要回答问题是否能够使用电力作为化学反应的驱动力。在这里,我们调查了电气化有机合成是否有效,在这种情况下,它在传统化学路线上优越。

图1所示。
图1

不同电器产品的特点由生产,电力,关键工艺方面的影响,作为选择性和下游加工,预期收入。

电化学转化的能量评价

电化学过程的评价涉及多个方面,而能量需求主要取决于所加电池电压U细胞[这取决于所施加的电流(),欧姆抗性(R细胞)电解细胞,以及阳极和阴极氧化还原电位的差异(E阳极和阴极)]。

$ $ U_ {{\ rm细胞}}\;(\ hbox {V}) = E_ {{\ rm阳极}}-E_ {{\ rm阴极}}+ iR_ {{\ rm细胞}}$ $

While the redox potentials and the current depend on the electrochemical reaction and its optimization, the cell resistance depends on multiple factors including the cell design (e.g., interelectrode gap), the electrolyte and its conductivity, and the usage of a separator (membrane) between catholyte and anolyte. Noteworthy, when conducting an electrochemical conversion at constant potential, all energy-consuming contributions (separator, Ohmic resistance, and overpotential) are set to zero, but are still there and require in the end most of the energy applied. The cell resistanceR细胞对整个电池电压有很大的影响。这尤其适用于分裂电池的情况,其中施加的电池电压很容易达到5v或更高。所有对欧姆电池电阻有直接影响到应用电池电压和电流的贡献都必须考虑到优化的能源效率(图。2)。

图2。
图2.

对所应用的电池电压及其在电化学反应器中的位置的个别贡献。

操作单元电压U细胞(在一些文学作品中也写成E)不应该与氧化还原潜力混淆E如上图所示。氧化还原电位不考虑细胞的欧姆电阻。值得注意的是,当在更高的生产力操作电解电池,贡献像过电位。由于动力学的增加。

电能消耗(EEC)由下式表示:

$ $ {\ rm EEC} \;({\ hbox{千瓦时/公斤}})= \ displaystyle {{z \ F ast \ ast U_ {{\ rm细胞}}}\ / {{\ rm CE} \ ast M}} $ $

在哪里z是每分子转移的电子数量,F是法拉第常数,U细胞是电池电压,为摩尔质量,CE为电流效率。

为了使性能最大化,CE设定了接近100%的目标。电流效率由下式计算:

表达式/全部的也被称为法拉第效率(FE),用于产生特定的化合物()除以总费用(全部的)在反应期间施用。换句话说,它描述了总电荷有效地用于生产所需产品。因此,它是一种方法的选择性。接近100%的FES(或CES)具有挑战性,特别是在水性介质中减少,利益反应与氢进化反应竞争。一般来说,侧面产品的生产总是会削弱电流效率。

由上面的公式可以看出,EEC取决于转换效率(CE)以及电解液和电解液的特性,这些因素影响U细胞。此外,当然,涉及每摩尔底摩尔底物的较少电子转移的反应将导致较小的EEC作为z对欧共体的贡献呈线性。除了驱动电化学反应所必需的电能外,可能还需要更多的能量用于加热、机械搅拌、操作泵和后续处理。能量效率(EE)表征了将电势转换为所需产品的效率。它结合了法拉第效率(FE)和应用过电位(η.),这是电极电位的偏差(E)从平衡氧化还原电位()。

过电位可能由电子转移的极限速率(电子转移过电流-主要在低电流密度时),反应物向电极表面的缓慢迁移(扩散过度),并且从反应本身无法保持速度(反应超电势)。10.显然,当过电位忽略不计时,EE仅取决于电化学反应的效率,即佛教效率。此考虑因素仅提供信息的一半,并且当应用高电流密度时变得更少。EE计算的系统边界不包括所施加的电池电压;因此,可以建立能量效率(EE')的替代定义作为更加有意义的优点图:

在哪里U°为平衡电池电压。由上式可知,EE当整个电荷用于所需的反应(Fe = 100%)时,当阳极和阴极的过电以及细胞抗性都小时,最大化。然而,升高的反应器不能具有可忽略不计的电池电阻,使得细胞的电阻成为优化能量效率的关键方面之一。

此外,在使能源效率最大化时,需要考虑所施加的电流。它可能会影响法拉第效率,因为选择性取决于施加电流密度。此外,电子传递的速度越快,过电位越高,电流的数值越高决定了产品IR.细胞11.

转换成有限公司2对合成燃料和商品化学品

来自CO的商品化学品的电化学生产2在过去的几十年中已经成为一个新兴的研究领域。通过电化学有限公司2减少(CO.2r),具有大量市场尺寸的许多产品可能可访问(图。3.)。大气或废水CO的转化2对乙烯,甲酸乙烯和乙醇等CO和烃是一种有吸引力的技术,有助于关闭人造碳循环。此外,可再生能源的使用导致第二益效益:电气与化学能量的转化能够以化学品的形式储存能量。近年来,电催化剂和电化学电池设计的研究导致了根据反应的选择性和效率的显着改善。

图3。
图3.

可能的公司2对商品产品的途径。COR:CO减少;她:氢气进化反应;OER:氧气进化反应。

利用CO生产商品化学品的研究2主要专注于CO,甲酸,甲酸乙酯和乙醇,因为它们可在比较高的野生效率下获得。12.,13.Ag和Sn催化剂主要用于CO的还原2共同和甲酸分别,施加铜基电极用于生产具有多种C-原子的化学品,如乙醇和乙烯。14.

值得注意的是,碳电极用于CO2由于其界面性能,减少有限利息。大多数碳基电极对CO的低电催化活性患有低电催化活性2减少。15.作为电化学CO.2还原主要在水溶液中进行,氢是在寄生反应中形成的。克服CO溶解度差的问题2在水性介质中,并在高电流密度下最小化氢进化反应(> 100mA / cm2),采用气体扩散电极。16.

然而,主要挑战仍然在高电流密度下提高所需产品的竞争效率。同时,需要最小化电池电阻以保持电池电压尽可能低。但是,只有CO来自CO2在稳定的条件下,在相关的电流密度和高滨效率下。其他产品可在显着降低FE年代,导致相应产品的高能耗(图。4)。即使在电池电压很低的情况下,EEC也是相当可观的。例如,假设电价为0.1欧元/千瓦时17.当工作电压为3v时,生产1公斤乙醇所需的电力大约需要。7.5欧元,不包括复杂的电解混合物的检查。

图4。
图4.

欧洲委员会2不同电池电压和法拉迪效率的电荷产品。Fe值基于目前的文献,只有Fe年代电流密度>100毫安/厘米2除尚未以可比电流密度生产的甲醇外,我们都考虑了。

许多评论致力于研究是否电催化生产的商品化学品从CO2可以与传统,主要是化石燃料衍生的替代品竞争生产成本。12.,13.,18.,19.

De Luna等人解决了取代石化工艺必须克服的多个挑战。抑制因素是限制电解槽的能量转换效率以及系统的运行稳定性。另一个关键作用是获得低成本的可再生能源。在电化学方法具有竞争力的情况下,作者指定4美分/千瓦时为最大电力成本。其他挑战是一氧化碳的成本2捕获和运输。特别是乙烯等日用化学品的生产规模大和市场的饱和和复杂性是阻碍新技术发展的主要因素。13.从所有公司2减少产品,CO似乎具有工业实施的最高机会(图。5)。

图5。
图5.

电气式化产品的生产成本。该图表明了作为电解槽能量转换效率的函数的氢,一氧化碳,乙醇和乙烯成本的技术经济分析(=在没有FE术语的情况下在本综述中定义的能效EE)和电力成本。作者假设纯粹的公司2价格为30 / t,50%,电流密度为500 mA / cm的价格2,电解槽成本为300美元/千瓦,植物寿命为30年。白色虚线以较轻的线上的区域表示基于平均全球价格的盈利生产成本。从 [13.]。根据AAA的许可转载。

在De Luna等人计算的情况下,电力成本不得超过约。5美分/千瓦时,即使在高能量转换效率高达80%的乙醇和乙烯是经济的。此外,游览效率为90%和电流密度为500 mA / cm的值2是相当乐观的,使乙烯和乙醇的有利可图区域更难以达到。高电流密度将导致大量的氢气进化,从而降低了CO的FES2减少产品。因此,乙醇和乙烯的FEs为90%是最好的情况。有限公司2使用Ag催化剂在高法达效应(> 90%)中已经可行的C-C键合的效率已经是可行的,因为没有C-C键形成,这可能导致侧产物。此外,高于200 mA / cm的高电流密度2已经证明了。20.相比之下,有限公司2R到甲醇的效率低,主要报道在电流密度低于50 mA/cm时221.,22.混合过程,结合热催化和电催化转化为甲醇,可能更有前途,直到FEs和电流密度的一氧化碳2r对甲醇显着增加,比当前实验室结果高至少两个数量级(目前小于50%的Fe和电流50 mA / cm2)。23.

在CO2R, CO和甲酸的每摩尔电子收入最高。12.然而,大多数公司2R反应是在甲酸以甲酸酯形式存在的基本介质中进行的。后续步骤生成质子化的形式可能消耗等量的酸,使该过程不经济。Chen等人解决的其他挑战是高资本成本(大约。300美元/千瓦13.})以及大宗化学品大规模生产带来的相关风险。此外,纯有限公司2是散装化学品本身,提供有限公司2在足够的质量代表了一个巨大的障碍。12.

一氧化碳、甲酸盐、乙醇和乙烯等商用化学品的电化学生产2需要满足几种要求,以便成为明智和竞争的技术,包括以下方面:

  1. 1。

    所使用的电力必须来源于碳中性源。燃烧化石燃料来发电,以减少二氧化碳2电化学不是有用的。

  2. 2。

    在低过电位和高电流密度下的高射线效率是必要的,与施加的电池电压相结合。

  3. 3.

    有限公司2需要在高制造秤上转换,既可以从规模经济中受益,并能够进入商品化学品市场。

  4. 4.

    可再生电力的价格不得超过门槛(相对于化石燃料的价格),以便制造有限公司2R经济。例如,De Luna等人指定$0.04/kWh为阈值。13.

  5. 5.

    有限公司2减少植物必须在电力供应方面进行灵活。充分利用间歇性能源,合作社2当可用的能量盈能时,电解器应允许在更高的能力下运行(这导致能源价格较低)。

复杂性高于乙醇,乙烯,CO和甲酸盐的产品可能不必直接与波动和高度复杂的化石燃料市场竞争。在这些情况下,与传统化学路线相比,电化学方法的实施可能是有益的,因为我们将展示烧烤和葡萄园过程。

工业实施过程

与传统化学过程相比,电化学提供了许多优点,作为适当试剂和受控反应的易用性。对于工业过程,优势作为避免试剂废物,可调节的反应速度和功率是重要的方面。一个新兴视图是使用可再生能源作为特定和选择性转换的驱动力的可能性。此外,电化学本质上是安全的并且减少了稀有元素和金属的使用。通过使用电力给出升高催化循环的性能,并且可以避免失控反应。

许多公司都试图利用这些优势。为了限制电解池的大小,电流密度保持在10-30 mA/cm的范围内224.在转换之后,应开发出从未反应的反应物和电解质分离产品的后处理策略。支撑电解质是一种重要因素,因为它应该与废水和爆炸性沉淀物相容(例如,来自高氯酸盐)。

以下部分描述了两种辉煌的电器方法,可被视为地标。

粗呢的过程

贝泽法是目前最大、最重要的工业电有机合成方法之一,近20年来市场规模达到30万吨/年。25.1960年,电子有机化学家Manuel M. Baizer在佛罗里达州的孟山都技术中心工作,因此该工艺也被称为孟山都工艺。在20世纪70年代早期,贝泽法是电化学的一个里程碑。丙烯腈还原后的产物是己二腈,它是制造聚酰胺和聚氨酯的中心中间体(方案1)。24.

方案1。
图1

采用的技术电化学过程称为贝泽法:工业过程中丙烯腈的电转化。

为了生产己二腈,需要丙烯腈的阴极电氢二聚反应。利用四乙基铵等季铵盐在不可分裂的工作槽中进行是该工艺的突破p-甲苯磺酸盐作为支撑电解质,使质量产率达到90%。在此之前,使用了乙腈和己二腈水溶液混合的四乙基硫酸铵和稀硫酸的阳极液的分裂电池。9由于其高过电位,使用镉或铅电极,阳极有银合金。24.由于有重大的环境问题,镉阴极被铜铅合金或不锈钢部分代替。目前的密度高4.5 ka / m2

事先处理的问题是,由于电流密度高,阴极不稳定并引起了高维护成本。与分开的电池相比,未分割的细胞提供了更好的性能和转化的电能成本较低。通过这种细胞,减少了能量消耗。电池电压从11.65降至3.83V,并且特定的能量消耗从6.61降至2.43千瓦时/千克,这是一个大约电效率的提高。40%。25.电流效率在90%以上。在这个过程中重要的是利用水作为氢源。分子氧和丙腈是副产品。氧气的生产是一个安全问题,因为它有可能腐蚀金属并与其他化学物质发生反应。此外,为了避免压力增加,旧电池中的氧气需要离开。然而,分离得到的两相电解质-己二腈混合物有助于后续处理。粗己二腈通过蒸馏纯化,而电解质部分在返回电解前用水和丙烯腈富集。9

贝泽尔将氢化二聚扩展到各种活性烯烃。26.最初的科学发现发生在贝泽尔实施这一工艺的20年前,并证明了化学工程和工艺开发的力量,将这种研究转化为工业规模。6,27.

Lysmeral Process.

巴斯夫公司正在工业规模上使用电有机合成技术。它们最重要的电转化之一是提供受保护的苯甲醛。技术上最相关的中间体与丙醛反应,并通过随后的氢化反应生成Lysmeral。这种苯甲醛当量的电化学合成每年进行1万吨。对于保护苯甲醛的生产,4-在石墨阳极上二甲氧基化-丁甲苯(方案2)。

方案2。
图2.

溶差态化阳极二甲氧基化反应。

Lysmeral是一种香水,味道含量的味道。28.甲醇用作溶剂和试剂。一个重要的点是在随后的步骤中通过与丙种的缩合反应回收甲醇。通过电解形成的氢可以部分地用于氢化反应中。这种阳极二甲氧基化的另一种产品是苯甲醛。它被用作药物合成的中间体或作为香料,以覆盖避免湿法的气味,例如卫生应用。对于阳极二甲氧基化,BASF设计了双极填充电极堆,称为毛细间隙电池。可以使用多功能电极材料,例如石墨,铂和混合氧化物电极,而Graphite代表工作马。反应温度为50℃,电流密度为4.2A / dm2达到缩醛的产量高达78%。该过程显示出具有91%的高选择性。理论所需的电荷为4 f,施加的电荷为4.5 f.电流效率高达70%。29.电压为4 V,EEC的计算导致2.94千瓦时/千克。假设电能价格为0.1€/ ​​kWh,17.1公斤葡萄糖的电力将花费约。0.29€,不包括完成后。同时,电池设计用于许多技术过程,例如在水处理中。30.

考虑到这两个方面:选择性和下游成本,孟山脉的公司与烫伤和巴斯夫,Lysmeral等能够实施具有高性能的重要的工业电化学工艺。

当前的艺术状态

同时,在实验室规模上成功地探索了电有机合成。有了新的方法,就有可能以优异的产率和排他选择性实现c - c键的生成。31.,32.

这里,将介绍使用脱氢交叉偶联策略的对称和混合Biphenols和苯酚(杂)的一些创新合成。交叉耦合产品和非对称辅导件代表有机合成中的有价值的产品。野生醛可用于自然产品,催化和材料科学的合成。33.Biphenols的重要应用是其用作过渡金属催化中的配体组分。34.,35.3,3',5,5'-四甲基-2,2'-Biphenol是这些有用的建筑物块之一,但在其合成中挑战。例如,将该Biphenol用作铜的配体前体34.或铑36.催化中烷基自由基对双键的不对称加成。羰基化合物的合成是羰基化合物最重要的应用之一3.)。从技术上讲,双酚类化合物主要应用于氢甲酰化生产约1040万吨/年的羰基化合物。37.,38.

方案3。
图3.

1,3-丁二烯的双氢甲酰化反应。

这种Biphenol的经典合成需要化学计量或甚至更多的氧化剂。利用常规方法,产生大量的试剂废物,选择性和产率可能是低的。另一种合成方法使用过渡金属催化剂作为VO(ACAC)2,甲基三氧基甲苯,或rucl3.39.- - - - - -41然而,使用过渡金属法,产率也往往较低。此外,使用的催化剂大多是昂贵和有毒的。传统的化学路线既不生态也不经济。

关于当前全球挑战作为气候变化和资源稀缺,对化学工业的可再生技术的兴趣增加。通过电有机合成,可以成功解决这些问题中的一些问题。电化学仅使用电子作为氧化或还原过程的清洁试剂。避免催化剂和氧化剂或还原剂的量对于可持续性策略是显着的(图。6)。

图6。
图6.

电化学方法相对于传统有机化学的优势。

下面介绍合成3,3 ',5,5 ' -四甲基-2,2 ' -双酚的电化学进展。在传统的合成方法中,过度氧化和不同多环衍生物的形成,如Pummerer酮,是不可避免的(方案4)。42- - - - - -45

方案4。
图4.

3,3 ',5,5 ' -四甲基-2,2 ' -双酚及多环衍生物的合成策略。

为了防止其他副产物和过氧化,使用通过四苯氧胂硼酸盐的两步合成(方案5)。46

方案5。
图5.

通过硼系苯酚用于阳极酚偶联的两步合成。

硼酸盐用作氧化环化以及支撑电解质的模板化基材。42,47产量高达85%,甚至在多公斤规模。48然而,该电动合成产生含有欧盟内部有问题的硼酸盐废水。此外,该过程是多步协议。为了减少多步骤方案,在不使用脱离官能团,保护基团或试剂的情况下将酚类交叉偶联的第一种直接方式引入包含硼掺杂的金刚石(BDD)阳极和镍中的未分割的细胞中引入作为阴极。49六氟异丙醇(HFIP)或氢氯丙醇/甲醇用作具有甲基三甲基硫酸甲基三甲基硫酸甲基硫酸盐的电解质作为支撑电解质。通过使用基于硫酸的电解质,实现了高选择性。50使用BDD电极与HFIP相结合,作为溶剂显示出高性能和鲁棒性。51在质子介质中,电化学窗口在BDD电极的HFIP延伸至5V.HFIP对阳极产生的自由基具有稳定作用,因此避免了反应物的分解。51另外,几乎完全实现了该溶剂的回收和直接再利用。31.,52BDD具有独特的性能,如高的化学稳定性和高的氢过电位水溶液。由于BDD的特性,开辟了新的合成策略的广阔领域。53,54

采用5体积%吡啶为电解液的HFIP,在60 mA/cm的电流密度下进行电解2。通过使用吡啶作为碱,避免了盐的额外支撑电解质。这是对先前作品的一个很大的优势,因为防止了昂贵的支撑电解质回收。流程过程非常有效,令人满意的产量高达59%,适用于技术过程。7,55,56较低的收益率是有利于起始材料的回收率和再利用。特别地,由于已经开发了重要的关键步骤,所以呈现的反应可以在工业上使用。特别地,流动池的应用优于常规的分批反应。在流动单元中,通过窄间隙设计可以提高电极表面到体积比。由于该设置,电解时间减小,可以降低温度控制,并且电池电压可以降低。由于电极距离小,不需要导电盐。56通过控制流速,可以控制反应物与电极表面的接触时间,避免过氧化。这些优点提高了约40%的电力效率。

其他阳极碳碳键的形成,例如,苯胺-芳烃也是可能的。超过70种衍生品的收益率高达92%。为了高选择性,采用双极电极排列。33.,57,58仅连接外电极,并且电极之间的电极由电场偏振。通过这种方法急剧增强电极表面。此外,使用双极电池具有以下优点:电极的数量可以在不同的电池中变化和使用柔性(方案6)。

方案6。
图6.

苯酚/ aniline-arene交叉耦合。X = oh, nhr;Y = h,哦,nhr, otips。33.

结论

在过去的几年里,电有机合成经历了一次复兴,因为它在温和的条件下提供转化,取代化学氧化剂和还原剂,并开辟了新的合成路线和策略。从工业的角度来看,能源效率或能源需求起着关键作用。从一氧化碳中电化学生产合成燃料和商品2面临的挑战主要是高昂的资本成本,电能的价格,以及巨大的石油市场规模。此外,它需要相对较高的电荷产生C2+产品有限公司2。例如,为了从一氧化碳中生成一摩尔乙醇2,需要12个电子,这是大大高于精细化学合成,通常少于5个电子被转移的每个产品分子显示出明显更大的分子量。收费的数额对高EEC(表1)。

表格1。
雕像1

通过电化学CO获得的产品2减少和相关的能源消耗。

除了平台化学品和合成燃料,电化学合成精细化学品不需要与原油本身的原料竞争。它们价格较高,同时生产更有选择性和规模更小,从而导致资本成本更小。

与公司相比2转换,所讨论的工业过程显示每公斤产品显着降低EEC(表2)。因为,在实验室规模上,多用途电池被使用,而不是在一个技术过程的能源优化和定制的电解槽,在实验室规模上的能源效率通常显著较低。

表2。
雕像2

化学物电合成中的能量消耗。

在可以避免大量化学氧化剂和还原剂的情况下,电化学方法是非常有利的。下游处理往往被忽视,但对后期转化为技术用途至关重要,如含硼酸盐废水的形成概述。HFIP等稳定剂的应用开辟了新的合成策略,达到更高的选择性,反过来也更高的能源效率。

从CO2基于精细化学品的商品仍然提供差距,作为来自CO的复杂分子2是具有挑战性的。一种更有效的方法可能是发酵。CO的芳香结构的电化学产生2不能直接实现;然而,芳香族化合物可以通过CO的重整而获得2基于碳氢化合物。

我们的结论是,在生产精细化学品时,电有机合成比生产商品时更有可能取得成功。资本成本、能源价格和下游加工是驱动因素。当电解槽和下游加工的成本较低,产品可以以较高的价格出售时,利润就更有利,精细化学品就是这样。

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Seidler,J.,Strugatchi,J.,Gärtner,T.et al。给有机合成通电有回报吗?电-有机转化的能量效率。MRS能源与可持续发展7,42(2020)。https://doi.org/10.1557/mre.2020.42

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关键字

  • 电化学合成
  • 效率
  • 可持续性