【“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)

每一个国家或民族都有自己的母亲河,河流像母亲一样孕育出当地文明,又呵护着当地众生从野蛮走向现代,可以说没有河流就没有所谓国家的兴衰与民族的辉煌。河流是全人类亟待保护的珍贵自然遗产,没有河流审美价值与伦理的持续熏陶就没有民族的持续发展,河流生命如果得不到持续性,那么经济持续性发展将成文无源之水、无本之木,进而人类社会的持续发展也将是无稽之谈。因此,只有保护好河流,人类社会才能实现可持续发展。@许昌学院团委 @洛阳日报 @许昌学院 @许昌微生活 @许昌学院法学院

宋仁宗时,西夏大军进犯,忠勇的杨宗保率兵迎敌,不幸中箭身亡,其子杨文广也被困于绝地。当噩耗传来,已经百岁高龄的佘太君毅然上朝请缨,率领杨门女将十二寡妇征西,一举击败西夏大军。

这是《杨家将》中对佘太君的记载,其实这只是后人善意的杜撰,佘太君确实存在于历史之中。不过,她活到77岁的时候就已经驾崩了,是不可能有百岁挂帅的。

最重要的是,历史中真实的佘太君并不姓佘,而是姓折。折赛花,出生于公元934年,年仅15岁的时候就与杨继业成了婚。婚后两人携手杀敌,尽显一代巾帼风流,公元1010年,折赛花不幸去世,享年77岁。

受民间文学的影响,杨家将的故事可谓是家喻户晓。而折太君背后是一个历史上真实存在的,北宋延续最为悠久且唯一一个长期世袭知州的将门家族,即府州折氏。

而这个武将世家比杨家将还要厉害,不仅名将辈出,而且威震西北上百年,享受世袭的特权。

折家并不是汉人,而是属于党项族,自唐朝开始折家就一直居住在府州地区,在当地非常有势力,与西夏以及契丹恩怨颇多。

自从唐朝末年,折家就控制了府州,府州折氏的第一位领袖,是唐末藩镇折宗本。从折宗本到儿子折嗣伦,再到孙子折从阮,折氏家族世居府州,三代人奠定了世袭藩镇的基础。

不过,他们非常聪明,一直都在向中原王朝称臣,并在五代十国中长期依附于中原政权,成为西北边境的屏障。

到了后周时期,折家更是得到了重用,折赛花的父亲折德扆被册封为了永安军节度使,他的父亲折从阮则担任邠宁节度使。在与北汉和党项作战的过程中,折德扆更是屡立战功。

赵匡胤代周建立北宋之后,折德扆入朝归附了宋朝,并得到了宋太祖赵匡胤的召见。宋代的折家军一般是从五代十国的折从阮算起,的确是西北之霸。

不仅如此,折德扆代表的折氏家族获得了一项前所未有的特权,即可以世代担任府州的知州。

原来,北宋建立之后,在宰相赵普的建议下,宋太祖赵匡胤进行了一系列的改革,其中有一项就是废除世代世袭的藩镇,在地方上改派文官担任知州,而且这些知州都是有一定任期的,不可以世袭。

不过,鉴于府州地理位置的特殊性,以及折家在府州当地的名望,宋太祖赵匡胤还是打破了惯例,授予了折家世袭的权利,可见对其重视程度之高。

在宋代,同样出自党项族的西夏李氏称帝建国,起兵反宋,建立了一个长达189年之久的西北政权。而府州折氏家族却一直为宋朝尽忠,成为了大宋西北边境的守夜人。

折赛花的父亲折德扆率领一家老小归宋后,经常与儿子们入朝觐见。当时的折家地位十分特殊,相当于藩镇。府州折氏对赵家感恩戴德,所以甘心成为宋朝的西北长城。

乾德二年,折德扆病死,他的折御勋、折御卿先后出任府州知州,官至节度使,而且都是当时的名将。

比如说折御卿,他在子河汊之战中,以少胜多,大破辽国军队,斩首五千级,获马千匹,史书称“自是契丹知所畏”。后来,折御卿因病死于军中,临死前命人传话给母亲,“勿念我,忠孝岂两全!”

折家的第三代是折惟正、折惟昌、折惟忠,第四代是折继宣、折继闵、折继祖、折继世,第五代是折克行,第六代是折可适、折可求等。可以说折家是名将辈出,一直保卫着宋朝的西北边疆。

北宋初年,折家的主要对手是北汉,随着北汉的灭亡,辽国成为折家的敌人。总的来说,折家就是北宋的柱石。

到了北宋中期,"澶渊之盟"后的一百多年时间里,折家与辽军的正面冲突变少。此时西北真正的威胁,正是与折家同气连枝的西夏党项人。

元昊建立西夏,又成为折家的大敌。折家为北宋抗击着辽国、西夏,立下了汗马功劳。折可适于十六岁从军,四十余年,每战必克,屡立奇功,甚至险些擒住了西夏的梁太后。

可是到了北宋末年,折家却迎来了一位更加强悍去年的对手,那就是金国。

靖康之变之时,折家军率部东进勤王,为守护大宋军投入了两百多年积攒的全部家底。

当时折家的第七代、最后一任府州知州折可求,带着两万人马驰援太原。虽然宋军连战失利,折可求却一直坚守在第一线,没有给折家祖先丢脸,却也耗尽了折家军的最后一丝力气。

北宋灭亡后,府州城由于孤立无援,顿时陷入了金国与西夏的层层包围,折可求在死守两年之后,只能选择义麟、府、丰三州降金。可就在降金十年后,折可求就被金人残忍地毒杀了。

折可求死后,府州城群龙无首,被西夏军攻占。折家失去了府州,就失去了一切,自此折家将彻底退出历史的舞台。

不仅如此,西夏党项人对折家将恨之入骨,他们闯入折家,将折氏祖坟捣毁,开棺戮尸。

折可适之子折彦质随宋高宗南渡后,成为坚定的主战派,受命在河南布置防线,一度位居中枢,本有希望恢复折家往日的荣耀。

但在秦桧独揽大权后,折彦质作为主战派受到陷害。他不畏权贵,痛骂秦桧,被贬到海南岛。

从折从阮抗辽,到折彦质抗金,折家前后历经8代,父子兄弟前仆后继,镇守在风沙滚滚的陕北一角,出了4任节度使、12任知州,延续近200年,可谓满门忠勇,世代忠良。


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