求證｜二氧化碳真能“變”汽油？真相并沒那么簡單

王巧然/中國石油報(bào)

2017-06-22 19:03

二氧化碳，被公認(rèn)為是全球氣候變暖的罪魁禍?zhǔn)?，也是近年來各國都在努力減排的溫室氣體。不過，最近新聞上說可以用二氧化碳直接加氫制取汽油，這聽起來非常不錯(cuò)吧？汽油可是當(dāng)前全球用量最大的燃料之一，特別是汽車誕生以來。如果以二氧化碳作為原料生產(chǎn)汽油，將是一種潛在替代化石燃料的清潔能源策略，不僅可有效降低二氧化碳造成的溫室效應(yīng)，還可減輕對傳統(tǒng)化石能源的依賴，一舉多得。

本文圖片均來自微信公號(hào)中國石油報(bào)

進(jìn)入5月份，《光明日報(bào)》等權(quán)威媒體報(bào)道稱：中科院大連化學(xué)物理研究所孫劍、葛慶杰研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了二氧化碳高效轉(zhuǎn)化新過程，首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳直接加氫制取高辛烷值汽油，相關(guān)過程和催化材料已申報(bào)多項(xiàng)發(fā)明專利，并被審稿人譽(yù)為“二氧化碳催化轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的突破性進(jìn)展”。二氧化碳真能變成汽油？

本報(bào)記者及時(shí)聯(lián)系到中科院大連化學(xué)物理研究所相關(guān)專家進(jìn)行了深入探訪，試圖為您掲開二氧化碳轉(zhuǎn)化技術(shù)的廬山真面目及它可能帶來的現(xiàn)實(shí)影響。

理論上是可行的

原來，中科院大連化學(xué)物理研究所碳資源小分子與氫能利用創(chuàng)新特區(qū)研究組（DNL19T3）孫劍、葛慶杰研究員團(tuán)隊(duì)的二氧化碳加氫催化轉(zhuǎn)化制汽油研究工作被最新一期《自然》雜志（Nature）的研究亮點(diǎn)(Research highlight)報(bào)道，具體內(nèi)容如下。

詳細(xì)的文章發(fā)表于5月2日的學(xué)術(shù)刊物《自然·通訊》上。不過文章的確忒專業(yè)了，小編化工出身尚可看得懂，就不放上來欺負(fù)大家沒學(xué)過化學(xué)了，不管如何，作為行業(yè)媒體，小編負(fù)責(zé)任地找來行業(yè)內(nèi)外相關(guān)專家給您翻譯解讀得通俗一點(diǎn)吧。

搞科研的人告訴記者，一般《自然》雜志的報(bào)道是對創(chuàng)新的肯定。大連化物所科學(xué)家孫劍（受國家青年基金支持）說：“相比于更活潑的‘孿生兄弟’一氧化碳，二氧化碳分子非常穩(wěn)定，難以活化，與經(jīng)典的費(fèi)托合成路線相比，二氧化碳與氫分子的催化反應(yīng)更易生成甲烷、甲醇、甲酸等小分子化合物，而很難生成長鏈的液態(tài)烴燃料?！?/p>

沒錯(cuò)，以前“水變油”的騙局曾經(jīng)被炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，但現(xiàn)實(shí)中大家也并不陌生的生物柴油還有煤制油真真切切已步入產(chǎn)業(yè)化。據(jù)神華研究人員介紹，煤制油誕生于南非，當(dāng)時(shí)經(jīng)歷二戰(zhàn)的南非靠此絕境逢生擺脫了對外部資源的依賴。國內(nèi)中科合成油公司也是基于煤基進(jìn)行的合成油技術(shù)的儲(chǔ)備研究。

但無論南非沙索還是中國神華、中科合成油的煤制油技術(shù)，都是間接轉(zhuǎn)化制油。其原料是合成氣即一氧化碳和氫氣，此次大連化物所成果的創(chuàng)新點(diǎn)恰是用分子非常穩(wěn)定難以活化的二氧化碳為原料，依靠催化劑直接實(shí)現(xiàn)了生成長鏈的液態(tài)烴燃料的夢想。

直接轉(zhuǎn)化技術(shù)創(chuàng)新成果中最核心的部分——自主設(shè)計(jì)的新型Na-Fe3O4/HZSM-5多功能復(fù)合催化劑，與傳統(tǒng)催化劑不同，此催化劑包含三種相互兼容、相互補(bǔ)充的活性位（Fe3O4、Fe5C2和酸性位）。二氧化碳分子借助于精心構(gòu)造的三組分活性位實(shí)現(xiàn)了“三步跳”的串聯(lián)轉(zhuǎn)化。二氧化碳首先在Fe3O4活性位上經(jīng)逆水氣變換反應(yīng)還原為一氧化碳；生成的一氧化碳在Fe5C2活性位上作費(fèi)托合成反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為α-烯烴；隨后，該烯烴中間物遷移到分子篩上的酸性位上，選擇性生成汽油餾分烴。對三活性位結(jié)構(gòu)和空間排布的精準(zhǔn)調(diào)控是實(shí)現(xiàn)二氧化碳加氫制汽油的關(guān)鍵。

據(jù)說新催化劑可連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)1000小時(shí)以上，成功實(shí)現(xiàn)了二氧化碳直接加氫制取高辛烷值汽油，但這樣的成果有沒有工業(yè)生產(chǎn)價(jià)值、能不能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)呢？產(chǎn)業(yè)化之路還有多遠(yuǎn)？煉油業(yè)會(huì)不會(huì)受到?jīng)_擊呢？這種擔(dān)心算不算杞人憂天呢？

轉(zhuǎn)變?yōu)樵旄Ｈ祟惖募夹g(shù)還很遙遠(yuǎn)

據(jù)中國石油、中國石化研究機(jī)構(gòu)的專業(yè)人士分析，目前這種技術(shù)“看上去很美”，但其實(shí)這種工藝路線有沒有必要，是要好好考慮的，或許根本沒有工業(yè)生產(chǎn)的價(jià)值。中國假如有能具備這路線的生產(chǎn)能力是好事，但核心是除了必須的催化劑還有一點(diǎn)就是原料問題。原料雖然是看似空氣中有的是，無窮無盡，但二氧化碳分離一直還受制于成本高的困擾（假如日后分離技術(shù)有突破，讓成本降低還可以考慮）。否則，原料來源始終是一個(gè)繞不開的問題。原料問題中還有一道難題，就是必須要加氫，既然氫氣是清潔高效的燃料，我們直接用氫做燃料不就好了，又何必如此耗費(fèi)能量把氫氣和二氧化碳制成汽油再燒掉呢（這個(gè)循環(huán)是否有些不經(jīng)濟(jì)）？

由此在石化行業(yè)的很多人看來，這種技術(shù)即使經(jīng)過完善日趨成熟了，目前低油價(jià)的格局下，能不能或要不要轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)能力，可能是一個(gè)未知數(shù)，起碼還存在一個(gè)大大的問號(hào)！

登泰山而曉天下。創(chuàng)新是偉大的，歷史上每一次重大進(jìn)步無不都是創(chuàng)新推動(dòng)的結(jié)果，有很多都是成果之花起初看上去都很美，但都需要走出實(shí)驗(yàn)室經(jīng)歷市場的考驗(yàn)。

中科院專家建議，愛國的媒體對中國后起直追的科技成果報(bào)道是好事，但不能過度興奮，其實(shí)實(shí)驗(yàn)室里的成果，能變?yōu)樵旄Ｈ祟惖募夹g(shù)還十分遙遠(yuǎn)，需要冷靜看待。

葛慶杰也十分明確地告訴記者，即使以后產(chǎn)業(yè)化了，也不會(huì)取代石油化工，最多算煉油的一個(gè)有益的補(bǔ)充，因?yàn)檫€有兩個(gè)不利的因素決定著，一是汽油消費(fèi)稅比較高，二是碳排放稅尚未實(shí)施，經(jīng)濟(jì)性方面的確是一個(gè)問題。

葛慶杰認(rèn)為，研究團(tuán)隊(duì)研究成果在航天和軍工的角度價(jià)值更大一些，以前美國海軍研究水制油其實(shí)初衷是考慮用水中的二氧化碳制油，假如能成功，將有助于幫助海軍艦艇在遠(yuǎn)海戰(zhàn)爭中擺脫燃料制約。

盡管存在爭議，但密切關(guān)注網(wǎng)絡(luò)爭論的葛慶杰研究員告訴記者，成果消息公布后已有多家公司與他們接洽，探討轉(zhuǎn)化事宜，目前催化劑的制備和生產(chǎn)已不是問題，最核心的就是這還只是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的成果，還沒有經(jīng)過中試更沒有工業(yè)放大。目前，研究團(tuán)隊(duì)正積極考慮將二氧化碳催化轉(zhuǎn)化制汽油的這一突破性技術(shù)進(jìn)一步放大及工業(yè)化生產(chǎn)。

熱點(diǎn)追蹤

將二氧化碳直接合成汽油等高碳烴類化合物的研究已成為熱點(diǎn)，很多團(tuán)隊(duì)對此進(jìn)行攻關(guān)，就在記者發(fā)稿前不久，同樣來自中科院低碳轉(zhuǎn)化科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室暨上海高研院-上?？萍即髮W(xué)低碳能源聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室6月13日發(fā)布消息稱，這個(gè)所孫予罕、鐘良樞和高鵬團(tuán)隊(duì)成功地設(shè)計(jì)出氧化銦/分子篩（In2O3/HZSM-5）雙功能催化劑，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳加氫一步轉(zhuǎn)化高選擇性得到液體燃料。該研究成果于6月12日在《自然-化學(xué)》（Nature Chemistry）雜志上在線發(fā)表，并已申報(bào)中國發(fā)明專利和國際PCT專利。研發(fā)團(tuán)隊(duì)已完成了催化劑制備放大并得到高機(jī)械強(qiáng)度的工業(yè)尺寸顆粒催化劑，在工業(yè)條件下該催化劑體系具備了示范應(yīng)用的條件。