【“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)

【俄直接断掉美国发动机,火箭发射器全部停止,这次真的不再仁慈】

实在是太漂亮了!现如今俄罗斯真的是说干就干,通过自己的方法尽可能地帮助自己谋取发展的动力,而且现在俄罗斯直接断掉了美国的发动机,这样的结果让美国感到特别难受。

硬汉真的是一个让人感到非常强大的领导,他决定了美国只要能够自由地飞翔,美国在失去了他们的发动机之后,其实根本没有能力能够将航天员自由地送到太空当中去,更没有能力将他们的设备自由的发射。

其他国家在得知了相关消息之后,都觉得这是一个拍手叫好的消息,所以俄罗斯不仅仅叫停了他们之前的所有计划,就连准备要交付的火箭发射器全部都已经停止了。

开始的时候其实俄罗斯就已经重点的强调说,如果西方国家一而再再而三的挑战他们的底线,那么他们一定会用自己的方法来解决问题,并且他们一定会让美国的航天设备自由飞。

讲出飞到哪里什么地方去,俄罗斯绝对不会做出任何干涉,要知道美国和俄罗斯在航空航天领域的发展还是非常紧密的,至少就目前的情况来看,美国根本就无法离开俄罗斯。这个时候美国很快就意识到了这背后的风险,他们知道自己离不开俄罗斯之后,重点强调说他们还会继续和俄罗斯在航空航天领域合作发展这种操作实在是太搞笑了。
为什么这么说呢?

美国在看到对自己有利的地方,就会想尽一切办法地拉动两个国家之间的关系,但是只要对自己不利的地方,他就会想尽一切办法的撇清两国之间的关联。拜登的态度之所以会有如此大的转变,还是因为他们的技术不够。要知道美国虽然是一个非常强大的国家,而且他们在方方面面都成为了世界的第一,但是在火箭发射器上面,他们确实是无法超越俄罗斯。

虽然他们已经花了几十年时间去进行火箭发射器的研究,不过技术上面的瓶颈始终无法得到有效的突破。现在的科学家还在那边不停地努力,没有了俄罗波斯的火箭发射器,他们的卫星和人员都无法正常的升空。

现如今很多国家都有自己的航空航天事业,而且大家也能够将自己的东西发射到太空当中去。可能很多网友们并不是特别了解,这些发动机全部都是从俄罗斯进口而来的,没有任何一个国家能够幸免于难。

这一次俄罗斯给他们提供的火箭发射器型号为rd180型液态火箭发动机,这种类型的发射器有一个很大的特点,那就是它们能够安装在重型运载火箭上面。当俄罗斯将相关的消息公布出来之后,在场的网友们都感到非常激动,从来都没有听到过美国会受到制裁的情况,这也是他们所难能遇到的一个机会。

战斗民族在火箭发射器上面一直都是遥遥领先,他们能够获得全世界的支持和认可,他们之所以能够如此的强大,主要的原因还是要归功于苏联。前苏联为了能够快速地发展他们的科技,在各个行业里面不断地向前冲,而且他们也和美国敞开了一个非常明显的科技战,那直接花了50亿美元在研发火箭发动机上面。

当时大家都没有能力能够超越极限,很多技术的壁垒需要金钱去扶持,就是从这个时候,rd180液态火箭发动机的技术就开始慢慢地成型。上个世纪90年代,越来越多的科研人员开始投入到这个队伍里面,他们在经过了多方面的研究之后,那就研究出了rd170火箭发射器,这一个发动机被称为是魔鬼发动机。

有了这个发动机的存在,他们接下来的发展就能够越来越顺利,这款发动机主要是利用到富氧燃烧以及一些废气补燃技术,所以他们的整个推力能够达到800吨以上。此时的美国发展却受到了很大的阻碍,他们在能源上面受到很大的限制,所以他们的航空航天局不得不选择放弃研发液氧煤动力发射器,他们只能够通过其他燃料发动机来替补他们现在的产品。

后来随着他们的产品质量开始不断的增加之后他们对于动力的需求量也在不断的增长。
如果仅仅只是选用用煤油的话,这里的风险就很大了。

温度和压力都快速地增加,有可能会在管壁形成大量的结痂,这些结痂的厚度越来越厚,会导致发动机的喷口直接被阻塞。发动机在发射的时候很有可能会产生巨大的爆炸,导致所有的设备在天空当中彻底的损坏。

这个问题苏联当时也无法解决,因为苏联有着非常多的能源能够替代,很快就将流更低的煤油作为他们的燃料。

经过了多年的研究之后,他们很快就将发动机设备进行了全方位的升级,这就有了现在的rd180。

这一个发动机非常的强大,他们在经过了双泵式测试之后,最大的推力能够达到4150千牛,是因为这样的原因,所以这一款发动机被称为是火箭发动机之王。

前无古人,后无来者,还没有任何一个企业能够和国家超越他们。

那时美国也发现了,他们的性能的强大能够保证自己国家的航空航天事业不会受到任何影响。美国很快就向苏联订购了101台发动机设备,那时他们的约定是在2018年的时候把所有的项目全部都交付完成,美国能够从这个国家里面获得101台产品。

要知道每一台发动机的价格都是极其昂贵的,最低的价格都要达到1000多万美元,据说仅仅这一个发动机项目就已经给俄罗斯带来了非常丰厚的利润,也帮助他们快速地实现自我目标。从这一系列的内容来看,能够知道他们的发射能力有多么强大。

美国一而再再而三地挑战俄罗斯的底线,俄罗斯怎么能够忍受得了这种气呢?

他们直接选择限制美国的火箭发射期、购买权限,这种操作直接导致美国无法正常的发射卫星到太空当中去,导致他们的宇航员无法回归到地球。现在的美国就像是热锅上的蚂蚁,急得团团转,就不知道应该如何解决他们发动机的问题,毕竟整个市场根本就没有一个合适的替代者。

根据相关的消息显示来看的话,其实俄罗斯早就已经超额完成目标了。

他们总共已经给美国提供了122台rd180火箭发射器,其中的98台发射机全部都使用在阿特拉斯。运载火箭上面这一台火箭发射器也不简单,它们的主要作用都是用来发射太空探测器,而且在军事领域当中也有着较为强大的运用空间。

俄罗斯已经叫停了他们剩下24台发动机的发放,不再愿意给美国提供相应的资源,如果真的想要在太空当中去发展,就只有两种选择。

第一种选择就是选择把它们的库存慢慢地消化掉,尽可能地节约一点。

第二种选择就是让它他们自己研发出属于他们自己的火箭发射器。

至于什么时候能够实现这个目标,就要看他们自己的科研人员有多么强大。如果没有俄罗斯给他们提供更多的火箭发射器,那么美国的阿特特拉斯号项目全部都被迫延期,并且不知道什么时候才能够重新恢复。既没有设备的情况之下,他们的东西都只能够依靠于俄罗斯,如果美国和俄罗斯的关系一直没有办法得到缓和。

他们这个项目就必须要一直撑下去,也有可能会导致美国探索太空的计划慢慢地落后,每拖一段时间对他们来说都是一种打击,美国也希望能够以最快的速度解决他们的科技发展问题。美国这些年一直都在执行着他们的卫星计划,希望能够在太空当中发射4.2万枚卫星,然后将这些地球的近地轨道和原地轨道层层包围。

在当地的民众有一个非常典型的感受,国内的天气预报情况没有想象中的那么精准,就是因为他们国内的航空航天事业受到影响的原因,美国一而再再而三的挑战事业的底线,现如今却受到了其他国家的制裁,这是他们永远都没有想到的事情。

毕竟俄罗斯根本不会听从美国的意见。
虽然美国是一个非常强大的国家,但是美国从来都没有把俄罗斯当作同盟国,也没有准备和这个国家好好的发展下去,现在美国也开始加大他们的科研投入。

在20年前他们其实已经开始大力地准备他们研发的过程,但是因为这里面的研发成本和技术含量实在是太高了,所以即便是美国如此优秀的国家,他们依然无法解决当下最头疼的问题。美国在这个领域里面已经浪费了非常多的钱了,依然无法得到有效的结果,可能这就是他们最大的瓶颈。

没有任何一个国家能够在任何一个领域当中不断地扩大和发展,让他们拥有一家独大的能力。现在的美国就只能够默默地忍受着一切,早就已经开始准备要放弃他们的火箭项目,就只能够先等着到结束之后再来做出选择。

(小博主AMY)

22岁生日快乐[蛋糕]

21岁这一年,为了所热爱的东西奋斗过,也为了我的选择竭尽全力过。经历过从希望到失望,学会了接受和放弃。曾坚信梦想和远方,却也在焦虑和迷茫之中迷失过自己。
还好早早就接受了自己只是一个普通人,没有必要解决好每一个问题,没有必要在20岁就规划好以后几十年的生活。我只能做好我当下该做的事情,接受大概率事与愿违的结果。
然后怀着希望,继续前进。


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