图说:二氧化碳一步变身汽油 董纯蕾 摄
图说:上海科学家巧施“化学催化魔术” 上海高研院 供图
新民晚报讯(记者 董纯蕾)二氧化碳,经常因为温室气体“代表人物”的身份而遭人“嫌恶”,然而,经过科学家巧妙的“化学催化魔术”,只需加氢一个步骤,二氧化碳就成功化身汽油。昨天,记者在位于张江的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,见识了这番“变废为宝”的二氧化碳高效利用技术。
当减缓气候变化日益成为人类社会共同面临的重大命题,世界各国都在努力探索减少温室气体排放的技术创新。作为主要温室气体的二氧化碳,既然在地球上大量存在,为什么不能“改邪归正”,成为合成能源的上好原材料呢?于是,科学界将二氧化碳视作“碳源”化合物——借助太阳能、风能、核能等替代能源电解水制得的氢气,将二氧化碳转化为有用的化学品或燃料,不仅能实现温室气体的减排,而且有助于解决化石燃料的过度依赖以及可再生能源的存储问题,兼具经济和环境效益。1994年诺贝尔化学奖得主、有机化学家乔治·安德鲁·欧拉(George Andrew Olah)教授提出了“人工碳循环”的概念:若借助替代能源将二氧化碳直接转化为液体燃料,无疑将使得整个碳循环更加有效。诞生在张江的二氧化碳直接制汽油技术,将欧拉的“人工碳循环”设想变成了现实。
图说:和水一样清澈的“二氧化碳系”汽油 董纯蕾 摄
透明如水,一揭盖便飘出一股浓浓的汽油味,记者昨天在中科院低碳转化科学与工程重点实验室见到了来之不易的“二氧化碳系”汽油。要知道,二氧化碳分子天性“懒惰”,图“安稳”,不喜改变,很难将其转化为含有两个碳原子及以上的化合物。目前,国际上关于二氧化碳资源化利用的研究,主要集中在甲醇、甲酸、甲烷和一氧化碳等简单小分子化合物的合成上,也就是说,要通过多个步骤,利用多个催化剂,才能实现从二氧化碳到汽油的转变。给二氧化碳加氢后直接合成汽油等高碳烃类化合物,为何如此之难?据介绍,主要原因是缺乏有效的催化剂。
上海高研院孙予罕、钟良枢和高鹏团队成功地设计出金属氧化物/分子筛双功能催化剂,该双功能催化剂可“身兼数职”,省却了中间环节,帮助二氧化碳“一步到位”,直接转化为汽油。在这套二氧化碳到汽油的高效“变身术”中,高附加值有效组分(即汽油)的产出率颇高,副产物(即甲烷)的产出率则很低,工业性能显著提高;环境效益就能更加明显了,可以真正做到二氧化碳的净减排。“理论上来说,用这个方法实现二氧化碳直接制汽油,与传统石油裂解获得汽油,在经济上已有可比性。”上海高研院温室气体与环境工程中心主任、中科院低碳转化科学与工程重点实验室副主任魏伟表示。中科院低碳转化科学与工程重点实验室副主任钟良枢进一步解释说,目前在氢气资源过剩的局部地区,或者未来大规模使用风能、太阳能等可再生能源廉价电解水产生氢气时,二氧化碳直接制汽油的技术具有广泛的应用前景。
图说:刘子玉研究员介绍实验室设备,其中不少都是自主设计 董纯蕾 摄
图说:在显微镜下,物质的表面结构仿佛艺术品般精美 董纯蕾 摄
目前,研发团队已完成了催化剂制备放大,并获得高机械强度的工业尺寸颗粒催化剂。该催化剂体系已具备在工业条件下示范应用的条件。北京时间6月12日23时(伦敦时间12日16时),国际著名学术期刊《自然—化学》(Nature Chemistry)在线发表这一研究成果,审稿人将其高度评价为二氧化碳转化领域的一大突破。据悉,相关成果已申报中国发明专利和国际PCT专利。中科院上海微系统所参与了其中部分工作。
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