第一作者：Cong Tian, Roham Dorakhan, Joshua Wicks
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生物質(zhì)是一種從大氣中捕獲碳的可再生原料，可用于生產(chǎn)有價(jià)值的化學(xué)品和燃料。本文探討了電化學(xué)方法如何影響生物質(zhì)的增值，重點(diǎn)在于識(shí)別利用可再生電力和原料通過(guò)電特權(quán)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生增值產(chǎn)品的化學(xué)轉(zhuǎn)化。
首先，我們建議該領(lǐng)域應(yīng)探索擴(kuò)大從生物原料衍生的平臺(tái)化學(xué)品的范圍，從而提供通向傳統(tǒng)上從石油衍生的分子的途徑。
其次，我們確定了從生物質(zhì)中通過(guò)電催化生產(chǎn)高能燃料的機(jī)會(huì)，這些燃料利用水作為氫源，可再生電力作為驅(qū)動(dòng)力。最后，我們考慮了電化學(xué)解聚的潛力，以保留在傳統(tǒng)解聚路線中嚴(yán)苛預(yù)處理過(guò)程中會(huì)丟失的原料中的關(guān)鍵官能團(tuán)。
基于這些重要事項(xiàng)，我們提出了生物質(zhì)與電化學(xué)整合的路線圖，并提供了進(jìn)一步挖掘電化學(xué)生物質(zhì)增值潛力所需的里程碑。
圖1. 生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的工藝分析。
綜合分析了生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中所需的能量，包括不同生物質(zhì)原料和相應(yīng)工藝對(duì)獲得高能量密度和高氫碳比產(chǎn)品的影響。
圖中展示了多種生物質(zhì)原料的平臺(tái)化學(xué)品，以及通過(guò)不同過(guò)程獲得的產(chǎn)品類別和它們的能量輸入（PEI）評(píng)分。這些評(píng)分基于加工溫度、壓力和分離能量，提供了對(duì)不同轉(zhuǎn)化過(guò)程能量需求的半定量評(píng)估。
圖2. 電化學(xué)轉(zhuǎn)化研究概覽。
提供了過(guò)去十年中電化學(xué)轉(zhuǎn)化生物質(zhì)平臺(tái)化學(xué)品的研究概況。它包括了氧化和還原反應(yīng)的示例，以及它們的產(chǎn)物和反應(yīng)物。
還突出了生物乙醇、乳酸、HMF、糠醛和甘油等生物質(zhì)衍生化學(xué)品作為電化學(xué)轉(zhuǎn)化研究的重點(diǎn)，因?yàn)樗鼈兙哂休^大的市場(chǎng)規(guī)模和應(yīng)用潛力。
圖3. 電化學(xué)生物質(zhì)增值途徑。
電化學(xué)生物質(zhì)增值的不同途徑，包括從生物質(zhì)平臺(tái)化學(xué)品到燃料和化學(xué)品的轉(zhuǎn)化。強(qiáng)調(diào)了電化學(xué)過(guò)程在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的優(yōu)勢(shì)，如溫和的反應(yīng)條件、可調(diào)的反應(yīng)潛力和電解液的精細(xì)調(diào)控，以及它們?cè)谏a(chǎn)高能量密度燃料方面的潛力。此外，還比較了傳統(tǒng)熱化學(xué)過(guò)程和電化學(xué)替代方案在能量消耗方面的差異。
表提出了一個(gè)路線圖，展示了電化學(xué)和生物質(zhì)轉(zhuǎn)化如何共同為實(shí)現(xiàn)2050年的凈零排放目標(biāo)做出貢獻(xiàn)。概述了三個(gè)階段的里程碑，包括近期的科研成就、工業(yè)應(yīng)用的轉(zhuǎn)化以及最終對(duì)實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)的貢獻(xiàn)。
本文提出了電化學(xué)方法在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的潛力和挑戰(zhàn)，并提出了一個(gè)路線圖，以實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的高效利用和生產(chǎn)低碳生物燃料。
通過(guò)電化學(xué)轉(zhuǎn)化，可以溫和地處理生物質(zhì)原料，選擇性地保留有價(jià)值的官能團(tuán)，并生產(chǎn)出高能量密度的燃料和化學(xué)品。文章強(qiáng)調(diào)了電化學(xué)過(guò)程在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的電特權(quán)，即利用可再生電力作為低碳能源，以水作為氫源和CO2作為碳源進(jìn)行烴類轉(zhuǎn)化。
此外，文章還提出了未來(lái)研究的方向，包括開(kāi)發(fā)新的電催化劑、改進(jìn)反應(yīng)器設(shè)計(jì)和深入理解反應(yīng)機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程的優(yōu)化和工業(yè)化。
標(biāo)題：Progress and roadmap for electro-privileged transformations of bio-derived molecules
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