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20年堅持創新 “液態陽光”變現實
發布時間: 2020-10-26 17:21 | 【 【打印】【關閉】

  

 千噸級液態太陽燃料合成示范裝置(中科院大連化學物理研究所供圖) 

  10月15日,由中國科學院大連化學物理研究所主導研發的“千噸級液態太陽燃料合成示范項目”(以下簡稱項目)在蘭州新區通過了中國石油和化學工業聯合會組織的科技成果鑒定。

  鑒定委員會專家一致認為:該項目集成創新了液態太陽燃料合成全流程工藝裝置,具有完全自主知識產權,整體技術處于國際領先。

  筑夢:“道法自然”造福人類 

  長期以來,人類以煤炭、石油等化石能源占主導的能源結構排放出大量的二氧化碳,由此帶來的氣候變化和生態破壞問題又給人類帶來了嚴重的影響。

  當下,二氧化碳減排已成為世界各國關注的熱點問題??茖W家們也在二氧化碳捕集、封存,以及資源化利用方面作出了大量探索。

  20年前,中科院院士、中科院大連化學物理研究所研究員李燦從大自然的“光合作用”中獲得啟發?!白匀唤绲闹参锬馨芽諝庵械乃投趸嫁D化成生物質、每天吃的蔬菜等,那我們人類能不能學一學自然,也對它們進行‘轉化’呢?通過人工合成過程加速光合作用效率,把二氧化碳和水變成人類需要的燃料?!崩顮N說。

  答案是肯定的。李燦告訴《中國科學報》,從科學認識自然光合作用的角度來看,二氧化碳加氫制甲醇暗合了光合作用中暗反應的功效,是太陽能制液體燃料的重要途徑?!熬唧w而言,就是利用太陽能等可再生能源產生的電力電解水生產‘綠色’氫能、并將二氧化碳加氫轉化為‘綠色’甲醇等液體燃料,這也是液態太陽燃料合成的技術路線?!?/p>

  把太陽能變成液體燃料,科學家們形象地稱其為“液態陽光”。

  規?;l展“液態陽光”優勢顯著,李燦算了一筆“生態經濟賬”,每噸甲醇需轉化1.375噸二氧化碳,而我國每年的甲醇產能約為8000萬噸,若全部應用“液態陽光”技術路線,則可轉化上億噸二氧化碳。同時,合成1噸甲醇可儲存8000多度電,這意味著該路線也可作為規?;瘜W儲能的技術手段。

  “液態太陽燃料合成提供了一條減排二氧化碳,以及可再生能源到綠色液體燃料生產的全新途徑?!崩顮N總結。

  圓夢:邁出重要一步 

  自2001年以來,李燦帶領團隊堅持不懈地致力于太陽能的綜合利用和水分解制氫的基礎研究,在太陽能光催化、電解水和二氧化碳轉化方面取得了重要進展。

  經過近20年攻堅克難,終于在2017年10月,李燦團隊取得了二氧化碳加氫制甲醇技術突破,開發了一種二元金屬氧化物ZnO-ZrO2固溶體催化劑,實現了二氧化碳高選擇性高穩定性加氫合成甲醇。

  當時的研究測試表明,在接近實際工業化條件下,二氧化碳單程轉化率超過10%時,甲醇選擇性仍保持在90%左右,是迄今二氧化碳加氫制甲醇綜合水平最高的結果, 該成果發表在國際高水平學術雜志《科學進展》上,引發了國內外同行的高度關注。

  很快,該成果便從實驗室邁向了工廠。2018年8月,在蘭州新區的支持下,發電裝機容量為10兆瓦光伏發電站的全球首套規?;柸剂虾铣墒痉堆b置正式落地蘭州新區。該項目裝置該項目由中國科學院大連化學物理研究所(以下簡稱“大連化物所”)研發、蘭州新區石化產業投資集團有限公司建設和運營、華陸工程科技有限責任公司設計。

  2020年1月,該項目試車成功,標志著太陽能等可再生能源轉化為液體燃料邁出了工業化生產的第一步。

  液態太陽燃料合成包含三個重要環節:太陽能光伏發電、電解水制氫和二氧化碳加氫合成甲醇。李燦團隊在電解水制氫和二氧化碳加氫制甲醇兩項關鍵核心技術取得創新突破。

  在電解水制氫方面,實現了高效、低成本、長壽命規?;姶呋纸馑茪浼夹g,經測試驗證,該技術在單套工業電解槽上實現大于1000標方氫/小時規?;a氫,單位氫能耗降低至4.3度電/方氫以內,是目前全球規?;瘔A性電解水制氫的最高效率。

  在二氧化碳加氫制甲醇方面,實現了廉價、高選擇性、高穩定性二氧化碳加氫制甲醇催化技術。團隊開發的固溶體雙金屬氧化物催化劑在工業化裝置上實現每年千噸級綠色甲醇合成,甲醇選擇性達到98%,甲醇在有機相中含量達到99.5%,催化劑抗中毒和抗燒結。

  現場考核組組長、北京大學教授劉海超說,液態太陽燃料合成示范裝置實現了從太陽能、水和二氧化碳直接合成甲醇的綠色規?;a,同時也為解決可再生能源間歇性問題和“棄光、棄風、棄水”問題提供了新的策略。

  逐夢:發展“液態陽光”經濟 

  實驗室成果的迅速落地轉化,離不開“政產學研”的緊密合作與彼此欣賞。蘭州新區管委會主任李東新表示,這是在西部地區先行先試的國內首個規?;簯B太陽燃料合成示范工程,將助推蘭州新區實現更高質量、更高水平發展。

  “人類最終利用的綠色能源是太陽能,液態太陽燃料合成是我們在太陽能利用上邁出了重要一步?!?font size="+0">中科院院士、華東師范大學教授何鳴元給予了高度評價。

  隨著可再生能源發電成本和電解水制氫成本的進一步降低,綠色氫能和太陽燃料生產成本將大幅降低,通過規?;趸疾东@及資源化利用,促進可再生能源更大規模的發展,將有望從根本上改善我國生態環境,助力解決全球碳排放及氣候變化問題。

  “事業未竟,下一步還要不斷改進技術工藝?!崩顮N還有更大的夢想——實現更大規模的‘液態陽光’工程,推動‘液態陽光經濟’的發展。

  文章來源:中國科學報(韓揚眉)、科學網 

  文章鏈接:http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/10/446954.shtm 

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