专栏名称: Carbon Research

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Carbon Research | 生物质能源和CO2转化为甲醇的研究：传统分析与文献计量学综述分析的结合

Carbon Research · 公众号 · · 2025-01-27 12:00

正文

摘要

甲醇作为化学前体和燃料添加剂近期在全球范围内的使用量有所增加。因此，本研究结合文献计量学和传统综述方法，评估了甲醇生产与使用的近期趋势与演变。研究表明，利用可再生能源大规模生产甲醇仍受到生产技术不成熟的制约。例如，通过生化转化工艺生产甲醇尽管已被证明是一种很有前景的生产选择，但目前仍停留在实验室阶段。研究发现，铜基催化剂，尤其是铜锌基催化剂，由于其卓越的活性，是二氧化碳（ CO ₂ ）加氢制甲醇时最常使用的催化剂。文献计量学研究表明，过去十年间相关研究的年增长率为 3.63%，共有867位作者参与其中。在甲醇生产与消费研究方面，中国处于全球领先地位。中美两国之间的合作频次最高，达到了6次。该研究提出了未来的研究方向，包括对 CO ₂ 转化为甲醇过程的环境影响进行评估，聚焦整个生命周期，比较不同技术方案并优化工艺。此外，还建议开展关于流体化学和新型反应器设计的研究，以增强催化反应器内的质量与热传递。

图文摘要

亮点

该综述聚焦于甲醇生产的可再生方法。
探讨了生物质以及 CO ₂ 转化为甲醇的相关内容。
阐述了每种方法所面临的挑战。
发现铜基催化剂在 CO ₂ 加氢制甲醇的过程中是使用频率最高的。
讨论了甲醇产业发展的前进方向。

要点图例

图1

甲醇在合成气来源转化及其他应用中的地位

图2 Pd-I/In₂O₃的透射电子显微镜图像(a、b)；Pd-P复合材料的扫描电子显微镜图像 ( c、 d ) ； Pd-P 复合材料 (e、 f )和 Pd-P /In₂O₃ ( g) 的透射电子显微镜图像

图3 三种可再生甲醇生产方法的流程图：生物质转化为甲醇（a）；

CO₂ 和水的联合电解氧化将合成气转化为甲醇（间接电解）（b）；

CO₂

直接电解转

化

为甲醇（c）

图4 使用Cu/CeO₂催化剂，以CO/CO₂为原料生产甲醇的推荐方法（a）；基于Cu/ZnO-CeO₂催化剂，金属-载体间的协同相互作用有助于提高二氧化碳加氢制甲醇过程中的选择性（b）

图5 Cu₁La

₀.₂

/SBA-15催化剂上CO₂加氢反应的建议机制

图6

甲醇生产的研究网络可视化

结论

利用可再生能源生产甲醇在全球减少温室气体排放的努力中正日益受到关注。甲醇的生产既可以使用传统能源，也可以使用可再生能源，而且预计在不久的将来，它可能会成为满足全球清洁能源需求的一种可能解决方案。本研究回顾了利用生物质和 CO ₂ 生产清洁甲醇的最新进展，同时也着重指出了从这两种来源生产甲醇所面临的挑战。该研究结合文献计量学和传统综述方法，评估甲醇生产和使用的近期趋势和演变。该研究表明，用于生产清洁甲醇的技术尚不成熟，这依旧是阻碍该产品大规模生产的一大因素。例如，通过生化转化工艺生产甲醇尽管已被证实是一种很有前景的生产选择，但目前仍停留在实验室阶段。在 CO ₂ 加氢制甲醇的过程中，铜基催化剂，尤其是铜锌基催化剂，因其具有卓越的活性，应用最为广泛。然而，研究发现，铜基催化剂在低氢气（ H ₂ ）/ CO ₂ 比例或低压环境条件下的选择性较低。因此，未来的研究重点在于开发其他不依赖铜的催化剂。这类催化剂必须具备高稳定性、高性能和低成本等特性。此外，开发更加耐水的催化剂也非常重要，这能够延长装置的使用寿命。研究人员已经尝试使用钯（Pd）作为 CO ₂ 和 H ₂ 合成甲醇的催化剂，尽管它在环境友好性和经济可行性方面存在不足。通过文献计量分析确定的研究趋势表明，过去十年间的相关研究已经从单纯的甲醇生产工艺发展到了其在工业环境中的应用。分析还表明，共有867位作者参与了该领域的研究。通过运用共现分析、分频次计数以及作者关键词等分析方法，研究发现了甲醇生产技术与特定关键词之间的主要网络。同时，研究共发现了135个链接和7个聚类。因子分析显示，在研究期间使用的大多数作者关键词有着相似的分布情况且关联性很强，这意味着存在共同的概念。该研究最后总结了潜在的未来研究方向。

文章链接： https://doi.org/10.1007/s44246-024-00179-0

Carbon Research | 生物质能源和CO2转化为甲醇的研究：传统分析与文献计量学综述分析的结合

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