【“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)

【古基因组揭示陕北石峁文化人群母系遗传结构】中国科学报:近日,由中国科学院古脊椎动物与古人类研究所(以下称“古脊椎所”)研究员付巧妹团队和陕西省考古研究院、中国国家博物馆考古院、中国社会科学院考古研究所、北京大学考古文博学院、国家文物局考古研究中心、西北大学文化遗产学院等单位,共同完成的古基因组研究成果在《遗传学前沿》杂志在线发表。

该研究通过大规模线粒体全基因组的捕获、测序和分析,揭示了陕西省北部(以下称“陕北”)地区石峁人群主要为本地起源,同时也证明了石峁文化与陶寺文化有关人群之间的母系遗传联系。

石峁人群主要起源于陕北地区本地早期人群

石峁遗址(又称“石峁城”),位于陕北地区榆林市神木市高家堡镇石峁村,距今约4300-3800年,是中国北方新石器时代晚期龙山时代最大的城址之一。在陕北地区内部,石峁城周围的其他龙山时代遗址(如木柱柱梁遗址、神圪垯梁遗址、新华遗址和寨山遗址等)也与石峁城具有相似的文化,被称为“石峁文化”。由于石峁城以及石峁文化的重要性,石峁居民来源的相关研究成为学者们长期关注的热点。

此外,与石峁遗址隔黄河相望,位于山西省南部(以下称“晋南”)龙山时代的另一重要遗址——陶寺遗址,与石峁遗址在文化上也呈现出诸多相似性,但两文化人群之间的遗传联系仍不清楚。因此,人群演化研究成为解决这些问题的有效手段。

为深入探究石峁人群的来源,以及他们与周边地区尤其是晋南地区陶寺遗址中人群的潜在融合、交流等科学问题,付巧妹团队通过合作从陕北(11个遗址132例)和晋南(2个遗址40例)地区共计13个遗址中,成功获得了172例新石器时代晚期的仰韶时代到龙山时代(碳十四年代矫正后为距今4836-3253年)的人类线粒体全基因组。

在陕北地区仰韶时代晚期庙梁遗址和五庄果墚遗址人群中,其所携带的母系遗传成分主要以东亚北方人群的成分为主导,且与东亚北方其他地区人群相比,与黄河流域古人群关系较为密切。

在龙山时代石峁城内部,尽管位于不同地点的人群(中心皇城台,内城韩家圪旦、后阳湾、麻黄梁,以及外城东门址)具有不同的等级和社会地位,他们之间具有非常近的母系亲缘关系。同时,位于石峁城周边同属于石峁文化的人群(木柱柱梁遗址、神圪垯梁遗址、新华遗址、寨山遗址)与石峁城内人群仍具有较近的母系遗传联系。以上结论暗示了在陕北地区,石峁城与周边人群之间,不仅仅有文化的影响,也同样有着较为广泛的人群互动。

通过将这些石峁人群(也包括石峁城周边人群)与较早期古代人群(包括陕北地区内部以及周边区域的人群)对比分析后,研究发现石峁人群和陕北地区本地较早期人群——仰韶时代晚期庙梁和五庄果墚人群的遗传联系最为紧密。另外,石峁人群也显示与黄河中下游河南地区仰韶文化青台遗址中人群显示出些许母系遗传联系。因此,陕北地区仰韶时代晚期到龙山时代人群体现了遗传结构的连续性,也暗示石峁人群主要为本地来源,同时与黄河流域其他古代人群具有一定的遗传联系,并不是被外来人群所代替。

石峁文化与陶寺文化有关人群具有较近的母系遗传联系

研究发现,石峁人群与同时期龙山时代(而不是仰韶时代晚期)黄河中下游的古人群遗传关系更为紧密。在这些同时期的人群中,石峁人群与位于黄河中游晋南地区陶寺人群(包括陶寺遗址和周家庄遗址)具有最密切的母系遗传联系。这一结果也和既往关于石峁与陶寺文化联系的考古研究结果相印证,同时也表明,在龙山时期,石峁人群与周边人群有着强烈而广泛的人群互动,这种互动不仅仅是在陕北地区,也存在于黄河中游晋南地区。

石峁文化有关人群与中国北方汉族的母系遗传联系

研究还发现,相比于中国其他现代人群,石峁人群与现代汉族人群,尤其是和中国北方(以秦岭-淮河为界)汉族人群之间母系遗传联系最紧密。此外,在已发表的仰韶时代和龙山时代的古人群中(如甘肃-青海地区、山东地区、以及河南青台遗址、也包括本研究中涉及的石峁和陶寺有关的遗址),中国北方汉族人群和石峁人群的母系遗传关系最近。这说明,与这些人群相比,石峁人群对现代北方汉族可能有更大的遗传贡献。

总体而言,该研究为利用古DNA技术探究了石峁人群的来源以及他们与陶寺遗址中人群的遗传联系和交流历史;为进一步探索中华文明起源等问题提供了重要线索。在今后的研究中,研究团队将进一步结合该地区人群核基因组和Y染色体研究,更深入地了解这些人群迁徙和演化历史、以及石峁人群社会结构等问题。

该研究得到了中科院基础研究领域青年团队计划、国家自然科学基金、国家社会科学基金、郑州大学“中华文明根系研究”项目、腾讯探索奖、霍华德·休斯医学研究所的经费支持。

#童心建筑# #IDEAT理想家#

来自巴塞罗那的摄影师Arnau Rovira Vidal认为建筑是建造它们的社会的反映。为了探索了建筑的更深层含义,他来到迪士尼度假区旅行,捕捉到一些最不寻常的建筑外墙和建筑装饰物。一双大的牛仔靴夹在两座公寓之间,一个巨大的软盘靠在墙上,一整座建筑都是为了复制索尼随身听而建。这些图片看起来像是从一个奇怪的、另类的宇宙中走出来的,在这个宇宙中,唯一被允许作为建筑师毕业的人是9岁的孩子。为了真正体现建筑的规模,Arnau特意在他其他近乎荒凉的镜头中加入一两个人。摄影师解释说:"这样的话,你就可以把人的大小与这个地方所包含的物体和形式的超级巨大的大小进行比较。”


发布     👍 0 举报 写留言 🖊   
✋热门推荐
  • 最新最全!一图读懂8省市新高考改革方案
  • 哈佛的学生都在看这种视频,每天 15 分钟,英语水平暴增
  • 重磅!中注协公布2018注会考试合格率!审计通过率已超31%!2019注会考试趋势同曝光!
  • 一大波老师被实名举报!
  • 这张请假条居然能让语文老师“集体传阅”,我真是气不打一处来
  • 特别关注!新版《各学科答题规范》官方要求,请转给身边每位考生!
  • 第十六届南方医科大学英语演讲大赛通知
  • 2035年养老金将耗尽?人社部回应了→
  • 韩国网友号召为螺蛳粉申请非遗????
  • 惊呆了!素媛凶手将被释放具体是什么情况?这到底是个什么梗
  • 迪士尼收购福克斯、Netflix上位,好莱坞“新六大”重新洗牌
  • 6省份深度老龄化,两因素叠加导致,将面临什么问题?
  • 首款产后抑郁症药问世、小猪佩奇被批性别歧视、东京奥运火炬揭晓丨今日天下
  • 郑爽发布会扇嘴巴,演绎“疼痛”青春 网友:是个狠人
  • 三星长女滥用麻醉 网友却纷纷提起“凤凰男”前夫
  • 关晓彤晒清宫装造型,手拿小帕娇羞动人,话题一夜之间上热搜!
  • 阴曹地府货币发行量即将输给委内瑞拉
  • 刀锋|重磅!科创板首批名单出炉(概念股大全)
  • 沪指坚守3100点?写在跌破2440之前...
  • 流浪大师真实身份是什么?抖音流浪大师背景资料