醇（或稱烷基醇）是非常泛用的化學品之一，依照羥基上不同的碳數具有不同的市場應用，例如C6（碳數為6）以下的醇類主要用途為溶劑及化學品原料，C6~11的醇類產品則主要為可塑劑原料，C11以上醇類則多用於清潔劑製作上。全球的烷基醇(Alkyl Alcohol)年產量如表一所示。
目前C3以上的醇，其工業化製程多使用氫醛化反應(Oxo Process)生產，因此氫醛化反應成為化學產業中重要的工藝之一。使用原料為帶有雙鍵的烯類，以一氧化碳及氫氣進料，透過觸媒催化進行氫醛化反應，可得到分子結構增加一個碳數(n+1)的醛化合物。接著再透過氫化反應(Hydrogenation)將醛轉化為醇。目前國內亦有多家廠商以氫醛化製程產醇，年產能超過70萬噸（表二）。由此看來，氫醛化製程在台灣有著舉足輕重的地位。
不過氫醛化反應需用到大量一氧化碳做為原料，其短時間時量平均容許濃度(STEL)僅52.5 ppm，需非常注重製程操作之安全性。而現今綠色製程方興未艾，便有科學家開始思考以二氧化碳取代一氧化碳而進行氫醛化反應，可提高製程安全性及降低製程成本，亦可緩解碳排放問題。以下將簡介氫醛化/氫化產醇製程，再探討二氧化碳如何取代一氧化碳，導入氫醛化反應。
氫醛化/氫化反應產醇
如上所述，要將烯類轉為醇類需有兩個步驟：烯類經氫醛化反應產生醛後，再透過氫化反應轉化為醇類（圖一）。於第一步氫醛化反應中，加入一氧化碳及氫氣與烯類反應，並以金屬均相觸媒系統進行催化，可形成分子結構碳數n+1的醛類。
圖一、氫醛化/氫化反應
二氧化碳應用：RWGS反應
要以二氧化碳取代一氧化碳，需先研究如何將二氧化碳轉為一氧化碳。轉換技術中討論最盛者，應屬逆水煤氣反應(Reverse Water-gas Shift Reaction; RWGS)。RWGS反應為水煤氣反應(Water-gas Shift Reaction; WGS)之逆反應。水煤氣反應發現較早，多年來有許多相關文獻進行研究探討，諸如使用鐵、鎳、釕、銠、鋨等金屬均可進行WGS反應催化。
RWGS反應式：CO2 + H2 → CO + H2O
WGS反應式：CO + H2O → CO2 + H2
但相對地，科學家對於RWGS反應的研究與探討並不如WGS反應來得多。近年來以均相觸媒催化RWGS反應的研究中，著墨較深者應屬日本科學家富永健一(Kenichi Tominaga)，其於1994年發表的論文中描述使用釕觸媒Ru3(CO)12及添加鹽類後，在140~180˚C下進行反應，可產出一氧化碳（表四）。
富永健一透過分析發現Ru3(CO)12在反應環境中會轉變成幾種不同的構型，並認為可進行催化反應的活性物質(Active Species)為其中一種構型：[Ru4(CO)12]4-。他依照所得結果及參考文獻，提出一反應機構，強調鹵素離子在RWGS反應的重要性（圖二）。
工研院技術進展
工研院材化所化工組的「精準聚合與應用研究室」（以下稱本部門）亦針對此議題進行初步研究。本部門結合C5石化產物高值化應用與二氧化碳減排製程兩項目標，以雙環戊二烯(Dicyclopentadiene; DCPD)作為原料進行二氧化碳產醇製程。雖同樣以三合一製程（RWGS反應、氫醛化反應、氫化反應）為手段，但雙環戊二烯結構中有兩個雙鍵，各自均有可能產出氫化副產物，因此在產率與選擇性提升上困難度更高（圖五）。
圖五、(a)DCPD進行二氧化碳產醇反應；(b)過程中產生之多種副產物
本部門針對實驗條件進行優化， 並透過理論計算設計出對雙環戊二烯具高選擇性之觸媒系統，經由反覆的測試與篩選後，找出不同的觸媒系統，可分別得到雙邊醇類產物(TCD-DM)產率>80%，或單邊醇類(TCD-MM)產率>95%的成果（圖六）。
本文以二氧化碳取代一氧化碳進行氫醛化的作法，除了提高製程操作安全性外，更可直接消耗二氧化碳，達到減排的效果。原本一氧化碳氫醛化製程在台灣已有…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
作者：楊浩熏 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」365期，更多資料請見下方附檔。