我科學(xué)家攻克費(fèi)托合成高碳排放難題

記者從北京大學(xué)獲悉：近日，中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所溫曉東研究員團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)馬丁教授團(tuán)隊(duì)合作，在破解費(fèi)托合成高碳排放難題方面取得突破性成果。

研究發(fā)現(xiàn)，在將合成氣（主要由一氧化碳和氫氣組成）轉(zhuǎn)化為油品或烯烴的費(fèi)托合成反應(yīng)中，只需在反應(yīng)氣體中引入極微量的鹵素化合物，就能顯著改變鐵基催化劑的反應(yīng)行為——幾乎不產(chǎn)生二氧化碳，同時(shí)將合成烯烴和液體燃料的效率提升至新高度。相關(guān)成果10月30日發(fā)表于國際頂級(jí)期刊《科學(xué)》（Science）。

研究者表示，這項(xiàng)技術(shù)破解了費(fèi)托合成高碳排放難題，為我國在“雙碳”目標(biāo)下推動(dòng)煤、天然氣、生物質(zhì)等碳資源的綠色轉(zhuǎn)化提供了新路徑。

據(jù)介紹，費(fèi)托合成已有百年歷史，可通過催化劑將合成氣轉(zhuǎn)化為液體燃料或烯烴等高值化學(xué)品。其中，高碳排放是該反應(yīng)中的難題。費(fèi)托合成中，鐵基催化劑容易觸發(fā)副反應(yīng)路徑——反應(yīng)物一氧化碳與水反應(yīng)生成二氧化碳。這一副反應(yīng)嚴(yán)重消耗碳資源，造成產(chǎn)物選擇性下降，意味著更多的碳排放和能耗浪費(fèi)。

面對(duì)這一難題，中國科學(xué)家提出在反應(yīng)氣體中，加入百萬分之一濃度的鹵素化合物（如溴甲烷、碘甲烷等）。“就像在烹飪中加入一滴‘分子級(jí)調(diào)味料’。”馬丁說，微小的添加量，可以帶來巨大的反應(yīng)差異：研究發(fā)現(xiàn)，這些鹵素分子在反應(yīng)中以“動(dòng)態(tài)調(diào)控者”身份存在，在鐵基催化劑表面不斷吸附、解離、再結(jié)合，像“電子開關(guān)”一樣調(diào)節(jié)催化劑的表面狀態(tài)，阻斷催化劑表面的水分子活化，從而阻斷一氧化碳和水生成二氧化碳。同時(shí)，抑制催化劑表面烴類的過度氫化，使更多碳原子以烯烴形式生成。

溫曉東介紹，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，傳統(tǒng)鐵基費(fèi)托反應(yīng)中，二氧化碳占比常高達(dá)30%左右，而在“痕量鹵素調(diào)控”下，這一數(shù)值可降至1%以下。同時(shí)，生成的高附加值烯烴比例提升至85% 以上，遠(yuǎn)超行業(yè)平均水平。

據(jù)介紹，目前，研究團(tuán)隊(duì)正與相關(guān)企業(yè)合作開展中試放大、長(zhǎng)期穩(wěn)定性評(píng)估，力爭(zhēng)將這一綠色低碳策略快速推向工業(yè)化。“未來，隨著技術(shù)逐步推廣，有望顯著提升我國合成氣利用、煤化工等產(chǎn)業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型水平，為全球能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化貢獻(xiàn)中國方案。”馬丁說。

只加“一滴鹵素”

就能讓百年費(fèi)托合成煥發(fā)低碳新生

這是中國科學(xué)家

送給世界能源轉(zhuǎn)型的

一份原創(chuàng)答案

也展現(xiàn)了中國的科技擔(dān)當(dāng)

來源：人民日?qǐng)?bào)客戶端