【“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)

匆匆又是一年,我没有做好万全的准备,因而不知道能否打好这场仗,只是人生处处是未知,只好带着一些理想跟随风的方向,飘向我想要去到的远方。

今日槽点[摊手]喜欢谁不喜欢谁不能成为我定义你的理由,网络世界与现实世界有所区分,理性判断不盲从,释怀是人生永远的必修课,若是能看的淡些就好了。(明知我喜欢还三番四次强调那本就不值得一提的事情,着实是自讨没趣,不想开腔呛人是因为看在认识了好几年但还算不上知己,现实世界里也还算友好朋友,这么点事捅破了面子上这张纸到也没必要,虽不能要求他人该做什么不该做什么,至少得懂个界限,别来触及我底线[摊手]听的东西多了杂了,也不知道该说什么好了,18年了我大概是还没把语文学好,也是懒得搭理便不想给她解释,累人,都坚持己见了何必向我求证呢,这不是纯纯是欠揍嘛

(今年好少好看的天空,去年的凑个图,p2是一点小小想象)

老子说:“道生之,德畜之。物形之,势成之。”
老子这段话阐明了万物成长的过程,道使万物得以产生,德使万物得以畜养,物使万物得以成形,势使万物得以成熟。道、德、物、势是天下万物产生、发展的四要素。
我们要做成一件事,又何尝不是需要这四要素呢?
老子认为,道是天下万物产生的本原。“道生之”,万物由道产生。比如,一粒种子种在泥土里,催生其发芽,由种子到植物蜕变就是新事物产生的过程,这是“道生之”。对于人来说,我们做任何事情都要有道,按道的方式来创造、发展。
我们要做一件事,首先产生了做事的想法,而这个想法能不能实现,就要看这个想法是否符合道。所要做的这件事,不是凭空想象,随便拍拍脑袋就做决定的。
有的想法能变成现实,就是由于这个想法符合道的要求,切合实际的发展趋势,有变现的条件;而有的想法不能实现,就是因为不切实际,是妄想、妄为,没有实现的可能。
道生万物之后,又内在于万物,成为万物各自的本性,有自身的发展变化规律,万物依据各自的本性而发展。
“德畜之”,“畜”,畜养。懂得了道还不够,还要按照道去做,这就是德。德是人们遵道而行的结果,违背了规律则生而不活,或者活而不久,故说“德畜之”。
事物生于道,其后是事物的发展,就是成长、发育、结果的过程,万物因遵循自然规律而得以繁殖、成长,这便是行“德畜之”。“长之、育之”,培育万物,使它不断地长大;“听之、毒之”,使万物成长,走向成熟;“养之、覆之”,养育万物,保护万物。
道生养万物,德使万物得到畜养,为万物生长提供条件,道和德对万物进行培养、养育、呵护,使它生长、发育、成熟。
道和德,“生而不有”,生育万物而不占有,默默奉献;“为而不恃”,缔造了万物而不依赖,任劳任怨;“长而不宰”,成就了万物而不主宰,不求回报。道和德生不辞劳,施不求报,老子称这种美德为“玄德”,是最高尚的美德。
在人的行为方面,我们在想问题、办事情的时候,首先要坚定地按照大道去做,自觉遵从事物的发展规律,行为能够符合大道,不妄为,也就是老子所说的“无为”。
古人云:“德者,得也。”有道德,就能有所得。
我们按照大道去做事,坚定、坚持、持久,德积累多了,上天提供给我们的人生空间就更广阔,我们的行为也就更加自由,好的结果自然而然就来了。
德行,对一个人的成功产生促进作用。一个人为人处世行“其身正”,就会出现“不令自行”,化消极为积极,化对立为统一,化敌意为善意,化阻力为助力,能为自己的工作、生活创造一个良好的环境和氛围。
一个人的德行差,到处与人树敌,遭人嫌弃,不仅影响交友,工作上也很难得到人们的支持。一个人即使他的职位再高,再有能力,“其身不正”,必然是“虽令不从”,终究难以取得大的成功。历史上有无数的成功者,虽然每个人的人生道路迥异,成功的条件也不尽相同,但有一点是相同的,那就是他们大多数品德比较好,赢得人们的敬仰和支持,使事业如虎添翼。
要成就事业,就要以德润身。
人有道有德,是不是就可以把事情做成了呢?也不一定,还需要一定的条件,促使事物按照自身的规律发展。
“物形之”,“物”是物质性的东西;“形”是成形。大道产生的物质性的东西又使万物得以成形而有体,物是道与德的具体化,物化使世界得以成型成形,凝聚造就物质具体形态。
事物的形态各种各样,各有各的属性,各自以自身所独有的形态而存在,与其它事物相区别。
比如,种子从泥土中抽芽、开花、结果,就是“物形之”。
“势成之”,“势”是大道运动形成的形势,包括天时地利等环境因素;“成”是成熟。大道运动形成的天时地利,又使万物得以成熟。周围环境对事物的发展起着十分重要的作用,如果条件有利,就会促进事物的成长发展;如果条件不利,就会阻碍事物的成长。
种下一粒种子,要想使他发芽、生长到成熟结出果实,还需要阳光、养分、水分综合发挥作用,才能使植物成长、结果,那就是“势成之”。
势,是事物发展的态势,也是发展的趋势,不以任何个人的意志为转移。细节可以更改,大势不改。掌握这个形势,了解大势,这样才能把事情做成。
老子讲的“无为”,强调的就是顺自然之势而为。同样是治水,大禹为什么能成功而他父亲鲧却失败了,就是因为大禹顺水势而为采用疏导的方法,而鲧运用堵塞的办法违背了水流动的特性。
孔子提出“为政以德”、以“礼”治天下,这些建议很好,但不适合当时历史发展的大势与潮流。当时群雄争霸,丛林规则盛行,谁讲规则谁吃亏,诸侯当然不愿意采纳孔子的政治主张了。而孔子的政治主张适合天下大定,对社会秩序起到稳定作用,有利于稳固天下,因而被封建王朝所采用。两个事物较量时,决定输赢的不全是力量的大小,而比拼是能否善于运用“势”。“势”用得巧,效果远远大于用“力”,就能“四两拨千斤”,历史上以少胜多的成功事例不胜枚举。老子提出的以柔克刚,就是用“势”的结果。
孙子在《势篇》中讲道:“故善战者,求之于势,求之于势,不责于人,故能择人而任势。”意思是善于用兵作战的人,总是从自己创造的有利作战态势中去追求胜利,而不苛求部属以苦战取胜,因而能选择人才去适应和利用有利于破敌的态势。
所以,我们在做事的时候要善于把握“势”,善于用“势”,才容易成就自我。


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