化学和材料工程教授阿德南·汗 (Adnan Khan) 在过去 15 年里一直致力于开发可持续技术，旨在使我们的能源系统脱碳。 “这是我们今天面临的最重要的挑战。我们要把这个归功于我们的子孙后代，”他说。

但说我们需要转变我们的能源系统是一回事，而弄清楚如何以具有成本效益和可持续的方式实现这一目标又是另一回事。

为了提供帮助，汗创建了能源转型实验室，目标是开发和分析新型材料、技术和加拿大实现净零排放的可靠转型途径。

Khan 表示，可信度问题对于他的 10 人实验室来说至关重要，该实验室采用系统级分析来检验新技术或解决方案最终是否会帮助或阻碍能源转型的总体目标。

“在投入资金、精力和时间开发新材料和工艺之前，我们需要了解以实际或工业规模设计的工厂将如何运作，”他说。 “很难理解工业流程的挑战。”

这种对工业规模过程的错误计算是他的团队最近在《自然催化》杂志上发表的一篇论文的基础。这篇文章表明，一种意图良好的新兴电气化技术旨在帮助化学行业脱碳——占化学行业的百分之二全球排放量——实际上会增加能源使用和成本。

“利用电气化实现行业脱碳是朝着正确方向迈出的一步，但研究人员目前正在追求的技术可能会带来重大挑战，”汗说。

该技术基于碱性电催化系统，可以通过可再生电力为化学生产提供动力。这些系统采用高 pH 值或高碱度的碱性溶液来加速涉及电力的化学反应。

该团队阐明了开发基于该技术的工业流程所面临的挑战，特别是下游产品分离。为此，他们模拟了工业流程，并使用内部开发的经济模型进行了分析。

在这项研究中，汗着眼于乙醇酸的生产过程。乙醇酸是一种有价值的化学品，用于化妆品行业以及家庭和工业清洁行业。据称它在生物塑料的未来中发挥着关键作用。

研究结果表明，用于生产乙醇酸的碱性电催化路线需要使用昂贵的下游产品分离，这将导致原材料和能源成本的增加。总而言之，以这种方式生产的乙醇酸的价格将跃升至每公斤2.20美元至2.50美元，与目前每公斤1.50美元左右的市场价格相比，涨幅高达40%。

Khan 总结道，在催化剂开发阶段，与酸碱反应化学相关的挑战常常被忽视，导致研究资源的严重浪费。

“我知道我们必须迅速采取行动，因为与人类活动相关的排放已经对气候变化产生了重大影响。但我们需要制定可靠的解决方案以实现净零排放。”