非水相CO2电催化还原制草酸的技术经济性评估与可持续化工路径创新

来自国际团队的研究人员针对非水相CO2还原（CO2R）开展技术经济性评估，提出通过抑制析氢反应、利用两电子转移路径高效合成草酸。研究显示：小规模生产草酸成本为2.87/kg，商业化规模可降至1.56/kg，接近当前市场价格。该路径为可持续化学品制造提供了经济可行的新方案，推动了非水相CO2电解技术的产业化探索。

　　

电化学二氧化碳还原（CO₂R）通常在水溶液电解质中进行，但非水体系可有效抑制析氢副反应，尽管会提高电池电压。这项技术经济评估研究聚焦于非水相CO₂还原，发现通过两电子转移路径生成草酸（oxalic acid）具备商业化潜力。

草酸在小规模生产中的成本可控制在2.87美元/公斤，商业化规模下进一步降至1.56美元/公斤，接近当前市场价位。成本构成主要来源于产物分离、电堆更换和电力消耗。研究团队还提出了实现成本竞争力的技术路线图，推动非水相CO₂R走向实际应用。

更宏大的科学背景在于：电化学CO₂R可利用排放的CO₂和过剩可再生能源生产低碳足迹化学品。非水电解质虽然离子电导率较低，却能够高选择性地产出草酸。技术经济模型表明，草酸的经济性超出预期，而在非水环境中生产一氧化碳（CO）则成本较高。

碳碳偶联（C–C coupling）反应生成多碳产物（C₂₊）是解锁高价值CO₂化工路线的关键。尽管水相CO₂电解研究已开展多年，但由于副反应竞争以及多电子转移的需求，生产经济可行的C₂产物（如乙烯）仍面临挑战。相比之下，草酸合成虽处于技术早期，却展现出更优的规模化经济性。

本研究基于大量非水电解质中CO₂R文献数据，建立了物理模型进行成本分析，指出产物分离是资本成本的主要部分，而电堆更换和高电池电压所需的电力是运行成本的核心。这一评估为可持续化学品制造提供了一条被忽视的高潜力路径——非水相CO₂R制草酸。

研究亮点包括：

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  长电堆寿命下的小规模草酸生产成本为2.87美元/公斤；
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  实现市场价格需优先扩大规模和提升电流密度；
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  降低阴极室厚度和电解质流速也将减少成本；
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  非水流动池中生产CO的成本是水相MEA（膜电极组装）的两倍。

总之，这项前瞻性评估不仅揭示了非水CO₂R制草酸的经济潜力，也为电催化CO₂转化技术和绿色化工的发展指明了创新方向。