椿范立院士团队用CO2造出丁二烯橡胶轮胎，正和业界合作用于赛车

近日，国际著名催化专家、日本工程院椿范立院士（现任日本富山大学低碳能源转化中心创始主任）和团队，研发了使用二氧化碳生产丁二烯橡胶轮胎的技术，宣告了温室气体利用新模式的诞生。

图 | 椿范立（来源：资料图）

但这只是一个开端，在这种利用模式之下，未来可能会催生使用二氧化碳生产塑料、钻石、衣服、面包等新型技术路线，甚至会涵盖衣、食、住、行的方方面面。

基于本次新技术生产的丁二烯橡胶，课题组已经和东洋轮胎公司开展合作，以用于赛车轮胎的实用化生产。

未来，所生产的轮胎将装配赛车，让赛车选手参加巴黎-达喀尔沙漠越野拉力赛和德国纽柏林 24 小时耐力挑战赛。课题组也将根据赛车选手的使用体验，来继续优化这项技术。

事实上，无论传统燃油车如何被储电、燃料电池等类型的新能源汽车迭代更新，轮胎将一直是陆地交通工具不可替代的关键功能单元，其使用量不受能源结构调整和转型影响。

而该课题组使用绿色、低碳甚至是零碳或负碳的技术路线，来制备丁二烯橡胶轮胎，能让轮胎生产摆脱对于传统化石原料的过度依赖，具有减碳和绿色生产工艺开发的双重意义。

作为一种可持续循环技术，它最终有望于 2029 年底之前实现产业化应用。除了用于生产轮胎之外，该技术也会吸引其他对于丁二烯橡胶有需求的产业，从而成为众多产业的理想技术选择。

众所周知，二氧化碳是温室气体的主要成分，全球年排放量已超过 350 亿吨，带来了诸如气候变化、海平面上升、海水酸化等一系列环境生态问题。

针对这些问题，世界各国纷纷制定相应的政策，中国也提出了“30 碳达峰、60 碳中和”的宏伟战略目标。而实现“双碳”目标，需要减碳和用碳同时推进。

一方面，要进行能源结构转型升级，用新型可再生能源代替传统的高碳排放、且日渐短缺的化石能源。

另一方面，需要对不可避免排放的二氧化碳进行捕集、资源化利用或封存，即所谓的 CCU（Carbon Capture、Utilization，碳捕集与利用）或 CCUS（Carbon Capture、Utilization and Storage，碳捕集、利用与封存）。

本次研究则重点集中于第二方面。原因在于，二氧化碳除了是一种温室气体以外，还是一种来源广泛的廉价碳源。

这让椿范立院士团队可以结合自身的化学、化工背景知识，设计高效催化剂和新型反应路线，将其转化为液体燃料和多种高值化学品。

二氧化碳的转化途径有多种，比如电催化、光催化、等离子体催化等，而该课题组瞄准转化效率更高、目标产品收率更高、更具工业应用潜力的热催化二氧化碳加氢技术路线。

近些年，二氧化碳加氢制液体燃料和芳烃、烯烃等化学品的研究报道层出不穷，该团队也做了大量的工作。

在“双碳”背景之下，椿范立院士洞察到温室气体二氧化碳的资源化利用极有可能是下一个风口，会带动巨量的产业技术革新和资本涌入。

同时，椿范立院士拥有将近 40 年的低碳小分子资源化利用研究经验，丰富的研究经验使其所率领的研究团队可以与二氧化碳资源化利用研究无缝衔接。

此前，他们曾通过开发新的催化体系，实现了二氧化碳加氢制备乙醇，相关论文很早之前就已经发表。

在当时看来这是非常有前瞻性的研究成果，也有很多外部实验室追踪他们的工作。随后，椿范立院士带领团队继续挑战未知领域，接连攻克了乙醇制丁二烯、丁二烯聚合制橡胶技术，打通了二氧化碳制丁二烯橡胶轮胎最关键的技术路线。

当然，这一过程也离不开企业的支持，来自业界的应用视角时刻提醒他们做能落地、有效益的二氧化碳资源化利用研究。

最终，凭借上述路线他们实现了自己的初衷：将温室气体二氧化碳资源化的利用，从化学品转变到产品。

（来源：资料图）

总的来说，他们更加聚焦于使用二氧化碳加氢的方法，合成更具价值、挑战性更大的产品。

比如，当二氧化碳加氢合成混合芳烃研究如火如荼时，他们考虑到混合芳烃分离工序的超高成本，另辟蹊径提出并开发了二氧化碳加氢合成对二甲苯的路线。

目前，该技术路线已经在进行工艺放大，未来有望建设万吨级的示范和应用工厂。

而此次着重介绍的二氧化碳制零碳/负碳丁二烯橡胶轮胎技术，也同样是寻求创新、标新立异的研究成果。

当前，二氧化碳加氢资源化利用的出口，主要瞄准于液体燃料或者高值化学品。而该团队则直接把二氧化碳转化为能被即刻使用的产品。

这种新的温室气体利用方式，或能启发科研人员开发出新的二氧化碳资源化利用路径，为当前处于减碳和用碳思维困境中的入局者打开一扇窗。

日前，相关论文以《来自二氧化碳的碳中性丁二烯橡胶》（Carbon-neutral butadiene rubber from CO2）为题发在 Chem（IF 23.5）。

宁夏大学王康洲教授是第一作者，中国石油大学（华东）王阳教授、日本富山大学的中治平林忠（Tadashi Nakaji-Hirabayashi）教授和椿范立院士担任共同通讯作者。

图 | 相关论文（来源：Chem）

后续，椿范立院士团队将持续关注二氧化碳资源化利用研究方向。除了开辟新的技术路线外，他们也注重与产业界的合作。

目前，课题组基于二氧化碳加氢制备芳烃和乙醇等成果，正在能源企业合作进行工艺中试放大。

值得注意的是，担任本次论文第一作者的王康洲，已经回国加入宁夏大学材料与新能源学院，目前主要研究能源催化新材料的设计和应用、以及低碳资源的催化和转化。

担任本次论文共同通讯作者的王阳，则已回国加入中国石油大学（华东）新能源学院，目前主要研究碳基催化材料开发及其在合成气、二氧化碳、天然气或页岩气催化转化中的应用。

DeepTech 采访到了王阳本人，他表示在本次研究之中，在椿范立院士的带领之下，自己主要负责第一阶段二氧化碳加氢制乙醇的研究工作。

王阳说：“还记得我披星戴月去实验室装置取数据，现在回想起守在气相色谱仪打印机旁看信号峰的实验日常是非常美妙的。”

他继续说道：“专注与聚焦是我在富山大学所收获的最宝贵的科研品质，这也一直对我产生影响。可能跟风热点做时髦的研究能让你收获眼前的高档次论文、引用次数等，但是做开拓性的工作是产生行业影响力的最佳途径，这也是我和目前自己的团队正在持之以恒努力的方向。”

参考资料：

1.Wang,K. et al. Carbon-neutral butadiene rubber from CO2. Chem(2024). https://doi.org/10.1016/j.chempr.2024.01.004

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