求证|二氧化碳真能“变”汽油?真相并没那么简单

王巧然/中国石油报

2017-06-22 19:03

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二氧化碳,被公认为是全球气候变暖的罪魁祸首,也是近年来各国都在努力减排的温室气体。不过,最近新闻上说可以用二氧化碳直接加氢制取汽油,这听起来非常不错吧?汽油可是当前全球用量最大的燃料之一,特别是汽车诞生以来。如果以二氧化碳作为原料生产汽油,将是一种潜在替代化石燃料的清洁能源策略,不仅可有效降低二氧化碳造成的温室效应,还可减轻对传统化石能源的依赖,一举多得。
本文图片均来自微信公号中国石油报
进入5月份,《光明日报》等权威媒体报道称:中科院大连化学物理研究所孙剑、葛庆杰研究团队发现了二氧化碳高效转化新过程,首次实现了二氧化碳直接加氢制取高辛烷值汽油 ,相关过程和催化材料已申报多项发明专利,并被审稿人誉为“二氧化碳催化转化领域的突破性进展”。二氧化碳真能变成汽油?
本报记者及时联系到中科院大连化学物理研究所相关专家进行了深入探访,试图为您掲开二氧化碳转化技术的庐山真面目及它可能带来的现实影响。
理论上是可行的
原来,中科院大连化学物理研究所碳资源小分子与氢能利用创新特区研究组(DNL19T3)孙剑、葛庆杰研究员团队的二氧化碳加氢催化转化制汽油研究工作被最新一期《自然》杂志(Nature)的研究亮点(Research highlight)报道,具体内容如下。
详细的文章发表于5月2日的学术刊物《自然·通讯》上。不过文章的确忒专业了,小编化工出身尚可看得懂,就不放上来欺负大家没学过化学了,不管如何,作为行业媒体,小编负责任地找来行业内外相关专家给您翻译解读得通俗一点吧。
搞科研的人告诉记者,一般《自然》杂志的报道是对创新的肯定。大连化物所科学家孙剑(受国家青年基金支持)说:“相比于更活泼的‘孪生兄弟’一氧化碳,二氧化碳分子非常稳定,难以活化,与经典的费托合成路线相比,二氧化碳与氢分子的催化反应更易生成甲烷、甲醇、甲酸等小分子化合物,而很难生成长链的液态烃燃料。”
没错,以前“水变油”的骗局曾经被炒得沸沸扬扬,但现实中大家也并不陌生的生物柴油还有煤制油真真切切已步入产业化。据神华研究人员介绍,煤制油诞生于南非,当时经历二战的南非靠此绝境逢生摆脱了对外部资源的依赖。国内中科合成油公司也是基于煤基进行的合成油技术的储备研究。
但无论南非沙索还是中国神华、中科合成油的煤制油技术,都是间接转化制油。其原料是合成气即一氧化碳和氢气,此次大连化物所成果的创新点恰是用分子非常稳定难以活化的二氧化碳为原料,依靠催化剂直接实现了生成长链的液态烃燃料的梦想。
直接转化技术创新成果中最核心的部分——自主设计的新型Na-Fe3O4/HZSM-5多功能复合催化剂,与传统催化剂不同,此催化剂包含三种相互兼容、相互补充的活性位(Fe3O4、Fe5C2和酸性位)。二氧化碳分子借助于精心构造的三组分活性位实现了“三步跳”的串联转化。二氧化碳首先在Fe3O4活性位上经逆水气变换反应还原为一氧化碳;生成的一氧化碳在Fe5C2活性位上作费托合成反应,转化为α-烯烃;随后,该烯烃中间物迁移到分子筛上的酸性位上,选择性生成汽油馏分烃。对三活性位结构和空间排布的精准调控是实现二氧化碳加氢制汽油的关键。
据说新催化剂可连续稳定运转1000小时以上,成功实现了二氧化碳直接加氢制取高辛烷值汽油,但这样的成果有没有工业生产价值、能不能进一步转化实现工业生产呢?产业化之路还有多远?炼油业会不会受到冲击呢?这种担心算不算杞人忧天呢?
转变为造福人类的技术还很遥远
据中国石油、中国石化研究机构的专业人士分析,目前这种技术“看上去很美”,但其实这种工艺路线有没有必要,是要好好考虑的,或许根本没有工业生产的价值。中国假如有能具备这路线的生产能力是好事,但核心是除了必须的催化剂还有一点就是原料问题。原料虽然是看似空气中有的是,无穷无尽,但二氧化碳分离一直还受制于成本高的困扰(假如日后分离技术有突破,让成本降低还可以考虑)。否则,原料来源始终是一个绕不开的问题。原料问题中还有一道难题,就是必须要加氢,既然氢气是清洁高效的燃料,我们直接用氢做燃料不就好了,又何必如此耗费能量把氢气和二氧化碳制成汽油再烧掉呢(这个循环是否有些不经济)?
由此在石化行业的很多人看来,这种技术即使经过完善日趋成熟了,目前低油价的格局下,能不能或要不要转化为生产能力,可能是一个未知数,起码还存在一个大大的问号!
登泰山而晓天下。创新是伟大的,历史上每一次重大进步无不都是创新推动的结果,有很多都是成果之花起初看上去都很美,但都需要走出实验室经历市场的考验。
中科院专家建议,爱国的媒体对中国后起直追的科技成果报道是好事,但不能过度兴奋,其实实验室里的成果,能变为造福人类的技术还十分遥远,需要冷静看待。
葛庆杰也十分明确地告诉记者,即使以后产业化了,也不会取代石油化工,最多算炼油的一个有益的补充,因为还有两个不利的因素决定着,一是汽油消费税比较高,二是碳排放税尚未实施,经济性方面的确是一个问题。
葛庆杰认为,研究团队研究成果在航天和军工的角度价值更大一些,以前美国海军研究水制油其实初衷是考虑用水中的二氧化碳制油,假如能成功,将有助于帮助海军舰艇在远海战争中摆脱燃料制约。
尽管存在争议,但密切关注网络争论的葛庆杰研究员告诉记者,成果消息公布后已有多家公司与他们接洽,探讨转化事宜,目前催化剂的制备和生产已不是问题,最核心的就是这还只是一个实验室的成果,还没有经过中试更没有工业放大。目前,研究团队正积极考虑将二氧化碳催化转化制汽油的这一突破性技术进一步放大及工业化生产。
热点追踪
将二氧化碳直接合成汽油等高碳烃类化合物的研究已成为热点,很多团队对此进行攻关,就在记者发稿前不久,同样来自中科院低碳转化科学与工程重点实验室暨上海高研院-上海科技大学低碳能源联合实验室6月13日发布消息称,这个所孙予罕、钟良枢和高鹏团队成功地设计出氧化铟/分子筛(In2O3/HZSM-5)双功能催化剂,实现了二氧化碳加氢一步转化高选择性得到液体燃料。该研究成果于6月12日在《自然-化学》(Nature Chemistry)杂志上在线发表,并已申报中国发明专利和国际PCT专利。研发团队已完成了催化剂制备放大并得到高机械强度的工业尺寸颗粒催化剂,在工业条件下该催化剂体系具备了示范应用的条件。
目前的突破核心还都停留在催化剂体系,产业化方面,仍有很多公司在紧密关注,进展如何,我们拭目以待。
(原标题:求证 | 二氧化碳真能变汽油?真相是这样的)
责任编辑:杨漾澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 二氧化碳,氢,汽油,催化,煤制油,燃料,澎湃

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