當今世界，全球每年消耗化學品數以億噸計。那么，生產這些化學品的能量來自哪里呢？答案是燃料燃燒?；剂先紵环矫驷尫糯罅康哪芰抗┤祟愂褂茫硪环矫嬉藏暙I了約1/7的溫室氣體。
氫氣是化工領域不可或缺的重要原料，目前工業制氫的常用工藝之一就是甲烷蒸汽重整，全球約50%的氫氣來源于該工藝。大規模蒸汽重整制氫會直接產生CO2副產物，此外，通過燃燒化石燃料加熱反應堆會進一步增加CO2的排放。該工業過程中，每產生1公斤H2釋放9 kg CO2，其中四分之一來自燃料燃燒。除此之外，甲烷蒸汽重整工藝存在的另一個關鍵問題在于催化劑床層加熱不均勻，導致大部分催化劑嚴重失效。因此，如何取代化石燃料供能，以減少對環境的影響，成為了全球科學家多年來孜孜以求的重要目標。
新方案：電加熱
有鑒于此，丹麥科技大學Ib Chorkendorff和丹麥托普索公司Peter M. Mortensen等領導的科研團隊提出了一種基于電加熱金屬管反應器的全新解決方案，為化學工業大規模引進電氣化工藝提供了更多可能。
他們利用電加熱反應堆代替燃氣蒸汽重整反應堆，改善了加熱的均勻性和催化劑的使用，避免了燃料燃燒產生的排放，這種替代方法可能使全球CO2排放量降低1%左右。
在電加熱反應器中，反應器壁涂有催化劑層。這層催化劑層具有一定的電阻，當電流流過電阻時就會加熱，這種加熱行為是基于焦耳效應產生。研究表明，利用電加熱源和催化反應位點之間的緊密接觸，可以使反應接近熱平衡并提高選擇性和產率。
電從哪里來？
那么，電從哪里來呢？目前，電力的產生主要基于化石燃料燃燒，為全球溫室氣體排放量貢獻了1/3。來源于太陽能，風能，地熱能，沼氣，合格生物質的綠色電力僅占世界能源消耗總量的3%，盡管歐盟15%的電網供應都貼上了綠色標簽。所以，電氣化進軍化工領域，解決環境問題的前提，就是讓電力生產和儲存技術搭上可再生能源的便車，否則步履維艱。
對于太陽能和風能等間歇性可再生能源，可以以化學品的形式來儲存能量，譬如將綠色電能儲存在氨，甲醇和二甲醚中，這將有助于供需平衡。這種“化學能源”將影響大宗化學品的整個市場，如氨，輕質烯烴，甲醇和芳烴、液體燃料等等。
電，豈止用于加熱
與熱能不一樣的是，電能原則上可以完100%利用。因此，將電能用于加熱并不注意充分發揮其潛力。電力生產商將越來越多地與過程工業整合，德國化學公司，鋼鐵廠和廢物處理公司之間開始聯盟，將鋼鐵工業排放的CO2與厭氧消化有機廢物的生物甲烷組合來產生CO和H2，然后用于還原鐵礦石。然而，考慮到經濟、社會和技術因素之間的綜合作用，電力供熱似乎是化學公司目前可以優先大規模實施的第一種電氣化方案。
在此之后，科學家將有望直接用電來制造分子，譬如直接把水電解成氫氣和氧氣，使用等離子體從甲烷中生成乙烯。另外，全新的分離過程和電加熱方案將減少簡化工藝，優化生產流程，從而大大減少初始資本投資并促進新興技術的發展。
總之，如何從可再生能源中獲取電力，不僅是化學工業革新的關鍵，也是航空航天領域獲得具有更高體積能量密度液體燃料的重要需求。電氣化為化學品和燃料的可持續生產提供了全新的思路，帶來了更多的希望。
參考文獻：
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https://science.sciencemag.org/content/364/6442/756
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