在線二氧化碳還原係統是實現“雙碳”目標的核心技術之一，通過電催化、光催化或等離（lí）子體技術，將工業排放的CO₂高效轉化為燃料（如甲烷、乙烯）或（huò）高值化（huà）學品（如甲酸、乙醇）。這（zhè）類係統突破傳統能（néng）源依賴，以綠色電力（lì）驅動碳循環，助（zhù）力工業脫（tuō）碳。然而，其大規模應用仍麵（miàn）臨產（chǎn）物選（xuǎn）擇性低、催化劑穩定性差及係統能耗高等挑戰。本文深度解（jiě）析在線二氧化碳還原係統的（de）技術原理、核（hé）心突破（pò）與典型應用場景，並（bìng）展望未來技術發展方向，為科研與工業用戶提供全麵認知框（kuàng）架。

一、技術原（yuán）理（lǐ）與（yǔ）核（hé）心突破

1. 電催（cuī）化還原：從實驗室到工業級突破

電催化還原通過施加電流驅動CO₂分（fèn）子在催化劑表麵發生還原反應。近年來，國際研究團隊（duì）開發的雙膜（mó）電解係統，采用無堿金屬電解（jiě）液設計，在（zài）工業級電流密度（10 A/cm²）下連續運行超1000小時，乙烯選擇性達50%。進一步優化酸性電解體係，通過銀中空纖維電極調控局部微環境，實現87%的單程（chéng）碳轉化效率，為酸性體（tǐ）係CO₂還原提供新思路。

2. 光催化（huà）還原：氣體擴散層革新

光催化技術通過（guò）模擬光（guāng）合作用，利用太陽（yáng）能驅動CO₂轉化。氣體擴散多相連續催化平台采用疏水多孔層設計，優化氣-固界麵反應，顯著提升C2+產物（如乙（yǐ）醇、乙烯）的選擇性，突破傳統液-固（gù）體係效率（lǜ）瓶頸（jǐng）。

3. 非熱（rè）等離子體技術：高能電子驅動

鉛（qiān）基催化劑結合質子交換膜技術（shù），可在強酸（suān）環境中實（shí）現甲酸生成率超93%，兼具經濟性與環保價值。

二、核心挑戰與解決方案

三、典型應用場景

1. 工業廢氣資源化（huà）

鋼鐵、水泥（ní）等（děng）高碳行業可將煙氣中的CO₂直接輸入係統，轉化（huà）為合成氣（CO/H₂）或乙烯，年處理量可達千噸級，碳減排效率提升3倍。

2. 綠色化學品合成

• 甲（jiǎ）酸：用於燃料電池與醫藥中間體，市場（chǎng）價值達（dá）244美（měi）元/噸；

• 乙烯：替代石化路線，每噸生產減少4噸碳排放。

3. 能源（yuán）存儲與轉化

將間歇性可再生能源（如風電、光伏）電能轉化為液態燃料（liào）（如（rú）甲醇），實現跨季節儲能，能量密度較鋰電池提升5倍。

四、未來技術趨勢

1. 智能化升（shēng）級：集成原位（wèi）表征技術（如原位Raman/XPS），實時監測催化劑表麵動態；

2. 模塊化設計：兼容微流控芯片與（yǔ）連續流反應器，實驗室成果快（kuài）速工業化放大；

3. 多技術耦合：電-光-熱協同催化，突破單一技術效（xiào）率極限；

4. AI預（yù）測模型：基於大數據構建催化劑性能數據庫，加（jiā）速材料逆向設計。

在線二氧化碳還原係統正從實驗室走向規模（mó）化應用，其技術突破不僅關乎碳（tàn）中和目標實現，更將重塑化工、能源等產業格局。隨著催化劑設計、反應器優化與係統（tǒng）集成技（jì）術的持續進步，這一（yī）領域有望在未來十年內實現商業化爆發，成為（wéi）綠色（sè）經濟的核心驅動力（lì）。