【“液态阳光” 推动碳达峰碳中和的技术新路径】以太阳能为动力,水和二氧化碳作原料,在催化剂作用下合成出甲醇,用以替代化石能源,实现碳的循环利用——甘肃籍中国科学院院士、中科院大连化学物理研究所研究员、博士生导师李灿及其团队,历时20载攻克的液态太阳燃料合成技术,将这一梦想变为现实。

而随着液态太阳燃料合成技术在兰州新区成功完成工业化验证,使早日实现“碳达峰、碳中和”有了一条全新路径。

二氧化碳变废为宝

车辆离开兰州新区繁华的核心区,沿着笔直开阔的道路向西北方向行驶20余公里,便到了兰州新区倾力打造的化工园区。道路一侧的一座小山丘上,漫山遍野铺满了光伏板,在阳光照射下显得格外壮观。

“这是液态太阳燃料合成示范项目的光伏发电部分,占地259亩,用来将太阳能转化为电能。”兰州新区石投集团高级技术主管李春新介绍说。

距离山丘不远,就是项目的主厂区,里面矗立着项目的核心设备——各种各样的装置、在空中穿梭交织的管道、高耸的反应塔,显示出十足的科技范儿。

“用山丘上光伏板发的电,将水电解为氢气和氧气,再让氢气和二氧化碳反应,就生产出了甲醇,也就是我们所说的‘液态阳光’。”李春新尽量用最简要的语言道明了项目的原理。

甲醇,可作为燃料替代石油,同时也是一种重要的化学中间体,在化工领域应用非常广泛。

电解水制氢,氢再与二氧化碳反应制甲醇,在实验室早就在研究,液态太阳燃料合成示范项目有何特别之处?

“关键在于合成过程中使用了李灿院士团队所研发的高效催化剂。”李春新说,这一项目由光伏发电、电解水制氢、二氧化碳加氢等3个重要生产环节组成,其中,李灿院士团队研发的催化剂在后面两个环节发挥了关键作用。

催化剂是在化学反应中加入的一种特殊物质,其本身不会参与反应,却可以加快化学反应的速度,全面提升效率。

实验室里,通过电解水得到氢气,再让二氧化碳与氢气反应生成甲醇的过程复杂漫长,且条件也相对苛刻,而没有实现大规模化工业过程。而李灿院士团队研发的高效催化剂,则极大加快了电解水和二氧化碳加氢的进程,解决了关键技术难题,使工业化生产“液态阳光”变为了现实。

“通俗地讲,液态太阳燃料合成示范项目就是利用太阳能、水和二氧化碳生产出甲醇的过程,它将无形的太阳能量转移到了液态的甲醇当中,因此,以这种方式得到的甲醇被形象地称为‘液态阳光’。”李春新进一步解释说。

兰州新区化工园区总顾问、兰州大学化学系教授张有贤认为,“液态阳光”合成技术是一项革命性的技术,其重大现实意义在于将二氧化碳变为重要的生产原料,划时代地解决了工业二氧化碳尾气的利用问题。

“工业生产过程中,二氧化碳之所以被大量排放,是因为它无法被大量利用,产生不了价值。而在‘液态阳光’的生产中,二氧化碳变成了重要原料,有了利用的价值。”张有贤说,液态太阳燃料合成示范项目不仅将太阳的能量转移到了液态的甲醇中,也使二氧化碳中的碳元素“封存”到了甲醇中,这是人类利用二氧化碳的一次重大创举。

催化技术重大创新

中国科学院大连化学物理研究所位于辽宁省大连市沙河口区,不远处就是大连著名的星海广场和星海公园,依山而建、环境优美。

大连化物所是一座以基础研究与应用研究见长的综合性研究所,催化化学是其重要的研究领域。自1983年到大连化物所读研究生以来,李灿院士不断向着一座又一座催化领域高峰努力攀登。“液态阳光”则是李灿和他的团队在催化剂研究上又一次重大突破。

“‘液态阳光’合成成功,实际上就是催化技术的成功。”近期,记者专程前往大连化物所,对李灿院士进行了专访。李灿介绍说,“液态阳光”的合成过程中,通过加入催化剂,大幅提升了电解水制氢、二氧化碳加氢两个生产环节效率。

也就是说,李灿团队分别攻克了两大催化技术。

以电解水制氢为例:传统电解水制氢能耗大,生产出同样体积的氢气不仅成本高,而且速度慢。但使用李灿院士团队研发的先进电催化剂后,单位时间内电解的氢气量大幅增加。

“以前,一小时能够出几百立方米氢气就已经了不起了,现在我们可以出1000立方米以上,这是一个很大的进步。”李灿说。

制氢速度提升的同时,还有成本的下降。

传统制氢,每产生1立方米氢气大概需要耗5度以上的电能,但兰州新区液态太阳燃料合成示范项目把生产1立方米氢气的耗电量降至4.3度。

“别小看这0.7度,一方省下0.7度,1亿立方米、10亿立方米又要省下多少电,这个量大得不得了。”李灿说,工业生产必须要考虑效率和成本,否则没有企业愿意干。

前沿技术的探索之路往往充满着艰辛。

“液态阳光”的成功,研制出具有很强靶向性的催化剂是关键。一次次试验、一次次失败,李灿院士团队没有放弃。

“加入催化剂后,要让氢气和二氧化碳反应后生成甲醇,而不是甲烷之类的其他物质。”李灿院士说。

与实验室环境不同,工业合成“液态阳光”必须要充分考虑到杂质、水、温度等对催化剂的影响。

比如:要确保催化剂耐高温,温度升高不会被烧死、烧结。同时,工业二氧化碳含有大量杂质,有毒化作用,这又需要催化剂要特别“皮实”,既要在温度高的时候不怕烧结,又要同时在各种各样的“粗粮杂粮”原料过来能够被消纳。

“一般的催化剂很怕水,温度高的时候,水对催化剂的破坏很严重,而二氧化碳加氢过程中会产生大量的水,又给我们带来新的问题、新的挑战。”李灿说。

通过许多次攻关,一系列问题最终逐一得到解决。

2020年10月15日,兰州新区“液态阳光”示范项目通过了中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定。来自全国各地的权威专家一致认为:这一项目具有完全自主知识产权,整体技术处于国际领先。

而“液态阳光”项目运行数据也显示,项目运行1000小时的时候,催化剂依然没有明显失活,抗中毒和抗烧结良好,达到了推广条件。这意味着“液态阳光”这一科技成果已经具备工业化生产条件。

兰州新区“液态阳光”示范项目为下一步建设10万吨级、百万吨级的“液态阳光”生产线打下了基础。

“太阳能是取之不尽用之不竭的,同样的道理,我们还可以用风能、水能等绿色能源发电,与水和二氧化碳合成出清洁的甲醇。”李灿说。

技术应用前景广阔

2020年1月17日,注定是一个值得铭记的日子。这一天,总占地面积289亩,投资约1.4亿元的兰州新区液态太阳燃料合成示范项目成功投运,呈液体状的粗甲醇第一次从设备终端的管道中流出。

“电是通过光伏发电得到的,水是普通的工业用水,二氧化碳是从合成氨工厂尾气中捕获的,完全实现了绿色生产。”李灿院士团队的王集杰博士见证了这历史性的一刻。

化学品的工业化生产存在着放大效应,在相同的操作条件下,利用小型设备在实验室得出的研究结果,往往与大型生产装置得出的结果有很大差别。

“在实验室里,最初放入反应管的催化剂只有1克,成功后,我们把量放大100倍以上,也就是加入100克催化剂再看结果,成功了,才有了进行工业试验的基础。”王集杰说。

从试验室中的瓶瓶罐罐,到完成工业中试,是“液态阳光”合成技术的一次大跨越。

兰州新区液态太阳燃料合成示范项目可年产甲醇1000吨,反应器中投入的催化剂达到了1.6吨,是原始试验的160万倍,达到了项目的工业化示范作用。

“现在的任务是进行推广应用,建设10万吨级甚至规模更大的项目。”王集杰说。

新技术能否被推广,还要算经济账。

兰州新区液态太阳燃料合成示范项目有关负责人、兰州新区石投集团有限公司总经理姜锦算过一笔账,在这一项目中,每吨甲醇的生产成本为3000元。而以传统的煤化工方式生产,每吨甲醇的成本约为2000元。

3000元与2000元,貌似“液态阳光”合成技术缺乏竞争力。

“项目的二氧化碳是购买的,因此增加了500元的成本,而随着‘碳达峰’‘碳中和’目标的提出,传统二氧化碳排放企业面临巨大的减排压力,我们项目很有可能‘零成本’甚至负成本获得二氧化碳,从而使‘液态阳光’成本大幅降低。”姜锦说。

在合成“液态阳光”过程中,除了二氧化碳,电价也对成本有着重要的影响。另一个好消息是,随着技术的进步,光伏发电的成本也在不断下降。

“3000元的成本是按每度电0.20元的价格计算的,现在有些地方光伏发电成本已经大幅下降。”对“液态阳光”合成技术的推广前景,姜锦充满信心。

在液态太阳燃料合成示范项目中,之所以将甲醇称为“液态阳光”,是因为太阳的能量被一步步转移到了甲醇中。项目落户兰州新区,一个重要原因就是当地海拔高,太阳能资源丰富。

“当然,这也同兰州新区对高科技成果应用的重视密不可分,从2018年考察对接到2019年开工,再到2020年建成试运行,仅仅用了1年多的时间,兰州新区从土地、资金等多个方面给予了大力支持。”姜锦说。

在王集杰看来,兰州新区液态太阳燃料合成示范项目的影响将会非常深远。

我国每年的二氧化碳排放量约100亿吨,其中近一半集中在电力、化工、冶金等八大行业。如果能将这些二氧化碳捕集用于制造甲醇,按1.4∶1的二氧化碳投入和甲醇产出比例,就等于全国每年在减排50亿吨二氧化碳的同时,能够生产出35亿吨甲醇,社会效应无法估量。

王集杰说,目前工业捕集二氧化碳技术已经相对成熟,未来,人们还可以对轮船等排放的二氧化碳进行捕集利用。

“液态阳光”合成技术在兰州新区完成工业化验证后,引起社会广泛关注。

在中国可再生能源学会科学技术奖评审中,液态太阳燃料合成项目荣获技术发明奖一等奖。

“已经有多家企业来对接合作,有的已经进入合同起草阶段,很快就有10万吨级以上的液态阳光甲醇合成项目启动建设。”王集杰说。

太阳能为动力,将二氧化碳变废为宝,实现碳的资源化循环利用,这一天很快就会到来。(来源:甘肃日报)

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【西安碑林、未央、曲江、临潼四区今年发展介绍】6月7日下午,西安市委宣传部、市政府新闻办举行“奋进新征程谱写新篇章”系列新闻发布会第四场,碑林区委书记刘其智,未央区委书记刘国荣,临潼区委书记黄可,曲江新区党工委副书记、管委会主任王庆华到会介绍有关情况,并答记者问。

<碑林:有序推进城墙内老旧小区改造,创建全国未成年人保护示范区>

碑林区委书记刘其智介绍,2021年,碑林区地区生产总值完成1098.86亿元,每平方公里GDP达到47.02亿元,位居西北第一、西部第二、全国前八。今年,碑林区将推动“立起来的开发区”能级跃升,着力构建以“文旅+”“科教+”为先导的“241”现代产业体系,今年重点实施建设项目70个,年度计划投资107.03亿元,建设以钟楼—南门国际高品质消费中心为核心,太白路、东二环等商圈为支撑的多区域多热点消费网络,打造国家级商贸流通节点城市核心示范区和时尚消费目的地。以碑林环大学硬科技创新街区获批全国首批5个创新街区试点为依托,推动“校地合作”融合提升,着力打造秦创原立体联动孵化器示范点,争创国家知识产权强县工程试点示范(区),把“试点”变为“示范”。加快鲁家村路等道路建设和改造,开工建设公共停车位不少于1000个;有序推进城墙内棚户区(老旧小区)改造及城墙外围建筑风格规范提升,加快三学街历史文化街区等城市更新项目建设。加快区公共卫生中心项目建设,实施社区卫生服务中心提升工程,推动医院和社区卫生服务中心深度融合。

同时,深入推进“新优质学校成长计划”和“名校+”“名师+”工程,今年新组建4个市级“名校+”教育联合体,新增学位1270个,全力创建“全国学前教育普及普惠区”;聚焦“一老一小”,充分发挥作为全国智慧健康养老试点示范基地作用,建立完善“基本+普惠型”养老服务体系和“一网一链”“适老五圈”,打造“碑邻里”品牌,同时聚焦家庭、学校、社会、网络、政府、司法“六大保护体系”,创建全国未成年人保护示范区;通过保障和改善民生服务,提高更有温度的“幸福指数”。

<未央:联手打造“新北城”,建设国家中心城市“首善区”>

未央区委书记刘国荣介绍,未央区将依托区内“五大片区”城市更新,聚焦“高起点规划、高标准建设、高水平管理”三大主攻方向,联手经开区、浐灞生态区共同打造“新北城”,全力建设国家中心城市“首善区”。

加快区内“五大片区”开发建设,在徐家湾片区,以团结区域为突破口,推动数字政务、数字商贸、数字智造、数字金融等产业聚集,打造数字CBD、北城会客厅。在未央湖片区,按照“南有曲江池、北有未央湖”定位,建设北城品质最高端、环境最优美、现代产业最聚集的城市新区,打造西安“北跨”渭河发展的“桥头堡”,实现“工作在渭北、生活在未央”。在未央路片区,推动业态重构,通过引进高端化商业聚“财气”、老字号餐饮聚“人气”、品牌化首店聚“商气”,打造特色商业街区。在汉长安城片区,突出遗址、文化、公园三大属性,加快未央宫国家遗址公园二期建设,努力建成集优秀传统文化弘扬展示和体育休闲等功能为一体的国家文化公园。在六村堡片区,联合陕建和长安大学,打造建筑类企业总部园区,做大做强基建产业。

以时尚化、现代感为导向,把“新建”区域打造成为代表西安形象的新窗口,重点围绕凤城八路、北辰大道两条新轴线,导入高能级业态、布局高品质楼宇、实施智慧化管控,建成北至渭河、东连灞河的十字靓丽“新廊带”。加快推进9所中小学、幼儿园新建、改扩建工程,今年秋季开学再新增学位7980个。推进区中医医院、区第一人民医院等项目建设,高标准建成6所社区卫生服务中心。启动区级养老院建设,建成4个街道综合养老服务中心和34所社区养老服务站,实现三级养老服务机构全覆盖。进一步优化行政审批和政务服务流程,实现90%以上的政务服务事项“一网通办”,打造营商环境最优城区。构建“街办大网格、社区中网格、小区小网格、楼栋微网格”四级网格管理体系,实现“支部在网格中建、事情在网格中办”。

据介绍,今年初,未央区成立了466个小区工作站,选聘了4954名楼栋长,打通了由社区到小区到楼栋、联系服务群众的“最后一米”。

<临潼:建设国家中心城市副中心,打造中华文化会客厅>

临潼区委书记黄可介绍,临潼区将围绕“六个打造”,以九个方面重点工作为统揽,建设国家中心城市副中心、世界级旅游目的地。加快完善以先进制造业、大都市近郊型特色现代农业、文化旅游业为主导的现代产业体系。打造大都市近郊型特色现代农业产业示范区,做强“粮食、蔬菜、奶畜”三大主导产业,做优“石榴、番茄制种、奶山羊”等特色产业,做大全市重要农产品保供基地、沿渭设施蔬菜产业带,创建30万亩以上高标准农田,建好番茄智慧谷,支持培育“百亿银桥”。打造全省“关中先进制造业大走廊”核心区、全市渭北先进制造业集聚区,实施产城分治、退城入园战略,加快中国航发和西北有色两个百亿产业园落地实施,推广“陕鼓模式”,深化服务型制造,构筑“6+1”产业发展体系,做强乳制品、新材料新能源、航空发动机3大产业链。打造中华文化会客厅和世界级旅游目的地,构建“一体两翼”文旅发展产业格局,建设“山、宫、城、寨、站、河”六位一体文旅核心区。与曲江新区合作,共建“一核两区一基地”兵马俑文旅度假区,设立秦文化研究中心。配合省文物局建设秦东陵遗址公园,与曲江新区合作打造世界级文化旅游度假区,推动中华优秀传统文化创造性转化、创新性发展。

以高质量项目建设年为引领,抓实12个市级和91个区级重点项目建设。紧盯3类“500强”企业,全年引进世界500强企业2家、中国500强企业3家,签订10亿元以上合同项目2个。重点推进与经开区、曲江新区、国际港务区、浐灞生态区、渭南高新区等开发区深层次合作。抢抓全市“北跨、东拓”战略机遇,突出“人文产城”融合发展,整体推进13平方公里老城区的有机更新,完善设施,提升品质。加快临潼新区建设,实施秦汉文旅TOD等重大项目,将临潼新区建设成为新的行政中心、商务中心。

同时,大力实施卫生健康事业重点项目三年行动,建成区公共卫生中心,整体搬迁区中医医院,改扩建26家社区医院,打造社区15分钟就医圈,实现群众小病就近看、大病不出区。今年新建、改扩建学校12所,增加学位6630个,办好人民满意教育。

黄可还介绍,渭北新城是打造秦创原先进制造业示范带的重要承载区,要加速完善西咸北环线、秦王一路、渭北大横线(310国道)、渭水六路等“八纵十横两环”交通综合路网,加快交大二附院渭北医院建设。

<曲江:打造成新时代品质生活样板区,打造文旅产业新增长级>

“曲江水满花千树,有底忙时不肯来”。曲江新区党工委副书记、管委会主任王庆华介绍,曲江新区是国家级文化产业示范区,也是全市文旅深度融合发展的主阵地。围绕西安市第十四次党代会“六个打造”奋斗目标,曲江确立了“文化立区、品质兴区、产业强区”的发展路径,目标是把曲江新区打造成为文旅融合高质量发展示范区和新时代品质生活样板区。

以曲江文化产业集团、西安旅游集团等为龙头,打造文化创意、文旅演艺等10条文旅产业链,串珠成链、聚链成群,构建全链条文旅产业生态。以“文化+体育”“文化+电竞”“文化+金融”为抓手,持续壮大创意、动漫、电竞等新兴产业整体规模,打造文旅产业新增长级。以西安文化CBD、西安文化科教产业园、杜邑文化科技产业园等园区为依托,加强与秦创原创新驱动平台的衔接,打造“文旅+科技”融合发展的新引擎。加快汉长安城国家大遗址保护利用示范区建设,推进杜陵考古遗址公园建设,持续提升大明宫、西安城墙等文物保护利用水平。以传承和保护城市历史文脉为切入点,做好小雁塔历史文化片区与碑林历史文化街区保护展示工作,加快碑林博物馆新馆和西安考古院建设,整体推进汉、唐博物馆规划设计。同时,不断丰富大唐不夜城步行街、易俗社文化街区等文商旅业态,举办中国秦腔艺术节、丝绸之路国际电影节等活动,助力西安创建国家级文旅消费示范城市。

推动教学质量和教育规模“双提升”,加快推进曲江第二学校等一批学校建设,全年新增学位3000个以上。加快推进曲江疾控中心、曲江医院建设工作,构建起“疾控中心、三甲医院、社区卫生中心、社区卫生服务站”联动的公共卫生医疗健康服务体系。实施街景绿化“提量、增质、添彩”专项行动,全年新增城市绿地30万平方米,建设提升全力打造新型公园城区。 (华商报)


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