來源｜智能車參考；編審｜有料先生

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一個重大進(jìn)展，剛被對外通報：中科院的二氧化碳制汽油科研項(xiàng)目，成功了！

不但成功，而且商業(yè)化在即。

成果出品方中科院大連化物所，團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的全球首套千噸級二氧化碳加氫制汽油設(shè)備，表示已經(jīng)成功開機(jī)運(yùn)行。

為什么算是重大進(jìn)展？跟汽車燃油補(bǔ)能直接相關(guān)，影響的是國計民生。

遠(yuǎn)的不說，就在最近短短幾天，油價都已突破天際，最高的海南地區(qū)，92號汽油甚至高達(dá)9.16元/升。

95號汽油加滿一箱，更是要多花100多。

而中科院實(shí)現(xiàn)的二氧化碳制汽油，出來就是符合國六標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

具體情況

這項(xiàng)技術(shù)，有據(jù)可查的研究立項(xiàng)，從2017年就開始了。

幾年來歷經(jīng)實(shí)驗(yàn)室小試、百克級單管評價試驗(yàn)、催化劑噸級放大制備、中試工藝包設(shè)計等過程，2020年在山東鄒城工業(yè)園區(qū)建設(shè)完成千噸級中試裝置。

而就在幾天前，裝置成功開車，完成了投料試車、正式運(yùn)行以及工業(yè)側(cè)線數(shù)據(jù)優(yōu)化。

現(xiàn)階段，二氧化碳和氫的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)達(dá)到95%，而且經(jīng)三方檢測，產(chǎn)出的汽油辛烷值超過90（即常說的汽油標(biāo)號），餾程和組成均符合國VI標(biāo)準(zhǔn)，汽油品質(zhì)環(huán)保清潔。

其實(shí)，二氧化碳加氫工藝中，產(chǎn)物并非全是汽油，仍然含有其他碳?xì)浠衔铩彩沁@個原因，導(dǎo)致原料利用率不高，成本降不下來。

這也是之前制約各類二氧化碳制汽油技術(shù)落地難的重要原因。

而大連物化所團(tuán)隊(duì)的新技術(shù)和工藝，能夠讓汽油在所有含碳產(chǎn)出物中的選擇性優(yōu)于85%，顯著降低了原料氫和二氧化碳的單耗，與之匹配的單位能耗也較低。

中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會，對這項(xiàng)技術(shù)的評價是：

屬世界首創(chuàng)，整體技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。

年產(chǎn)1000噸，看似不多，卻是技術(shù)商業(yè)化轉(zhuǎn)換的第一步。

千噸裝置投資共4000萬，算是樣板間，為將來萬噸級甚至更大規(guī)模的量產(chǎn)提供經(jīng)驗(yàn)參考。

技術(shù)解析：二氧化碳如何變成汽油？

將二氧化碳從溫室氣體轉(zhuǎn)化為有附加值的化學(xué)品和燃料，不僅有助于碳中和，還能在化石能源枯竭或石油價格劇烈波動的情況下加強(qiáng)能源安全。

但是難點(diǎn)在于，二氧化碳是完全氧化、熱力學(xué)較穩(wěn)定的分子，將它活化為碳?xì)浠衔锉旧砭秃芾щy。

而且二氧化碳在傳統(tǒng)催化劑表面吸附的熱量相對較低，因此導(dǎo)致在二氧化碳加氫過程中獲得的C/H比值較低。

這就是前面提到過的中間產(chǎn)物快速氫化，導(dǎo)致汽油（C5-C11化合物）減少，甲烷（CH4）增多。

學(xué)界提出過一種間接路線，即先將二氧化碳還原成一氧化碳，然后再加氫制備，其中分別對應(yīng)兩種經(jīng)典的工藝過程。

首先是逆向水煤氣轉(zhuǎn)移（RWGS），基本化學(xué)式是CO2 + H2 = CO + H2O，這個過程需要吸熱，還需要催化劑。

然后，將一氧化碳和氫氣的合成氣通過吸熱和催化劑，制備成烴類化合物，這就是費(fèi)托合成（FTS）：

(2n+ 1) H2+nCO → CnH(2n+2)+nH2O。

但傳統(tǒng)工藝中使用含有鈷，鐵和釕的催化劑，更利于甲烷形成。

如果想使用這種工藝生產(chǎn)汽油，關(guān)鍵是尋找一種合適的催化劑。

大連物化所的團(tuán)隊(duì)，制備一種新型Na-Fe3O4/HZSM-5催化劑，直接將二氧化碳轉(zhuǎn)化為汽油范圍（C5-C11）的碳?xì)浠衔铩?/p>

四氧化三鐵，本身就對二氧化碳有良好的的激活作用，而添加鈉這種堿性金屬，明顯增強(qiáng)了鐵基催化劑的表面堿性和滲碳性，使催化劑在二氧化碳加氫產(chǎn)生輕質(zhì)烯烴時更加活躍。

Na均勻分布在Fe3O4納米顆粒的表面，沒有明顯的偏析。

光譜表征表明，當(dāng)Na-Fe3O4在反應(yīng)前的H2中被還原時，會形成金屬鐵。

接下來，催化劑暴露在反應(yīng)條件下時，金屬鐵與碳和氧相互作用，形成了Fe5C2和Fe3O4。

Fe3O4和Fe5C2分別是上面說過的RWGS、FTS反應(yīng)的活性位點(diǎn)。

而沸石有獨(dú)特的形狀選擇性和酸性，在碳?xì)浠衔锏牡途?芳烴化/異構(gòu)化中有很好的效果。

所以，團(tuán)隊(duì)又將Na-Fe3O4與沸石結(jié)合，制成了多功能催化劑Na-Fe3O4/HZSM-5催化劑，具有三種活性點(diǎn)，表現(xiàn)出互補(bǔ)和兼容的特性。二氧化碳最初通過Fe3O4位點(diǎn)被H2還原成CO，隨后通過Fe5C2位點(diǎn)將CO加氫成α-烯烴。烯烴中間體隨后擴(kuò)散到沸石的酸性位點(diǎn)，在這些位點(diǎn)上進(jìn)行酸性催化反應(yīng)。

最后，屬于汽油范圍的異構(gòu)烷烴和芳烴選擇性地形成，從沸石孔隙中擴(kuò)散出來。

此外，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品的選擇性，可以通過改變Na-Fe3O4和沸石的質(zhì)量比來調(diào)節(jié)。

總之，二氧化碳制汽油從原理上不算特別難。

只是問題是，這種方法仍然要消耗能源，現(xiàn)階段成本也很高，意義何在？

研究團(tuán)隊(duì)也承認(rèn)，制備的確需要特殊的催化劑，以及消耗大量的能量，甚至耗能可能比制備出的能量還要多。但是它的意義在于這種方法能固化能量，方便運(yùn)輸，而且固化能量本身也是一個固碳的過程。

至于所消耗的能量，未來可以選擇在整個電網(wǎng)中占比不高，而且有降本前景的的風(fēng)電、光電等等。

當(dāng)然，這條路線的前提，是將其他清潔能源作為補(bǔ)充備選——與可控核聚變等被認(rèn)為終極方案的探索相比，還不一樣。

可以理解為，中科院的二氧化碳加氫制汽油技術(shù)，除了為能源固化、儲存、運(yùn)輸提供了新方式，還能給碳中和計劃、以及可控核聚變商業(yè)化，更多緩沖時間。

團(tuán)隊(duì)介紹

一作位健，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所取得博士學(xué)位，目前是碩士生導(dǎo)師。長期從事二氧化碳催化轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究工作。

他還作為負(fù)責(zé)人或核心骨干承擔(dān)國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（A類）、遼寧省博士科研啟動基金和企業(yè)重點(diǎn)開發(fā)項(xiàng)目等科研項(xiàng)目10余項(xiàng)。

通訊作者孫劍，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究組組長。

長期從事碳一小分子催化轉(zhuǎn)化研究。師從日本工程院院士N. Tsubaki教授獲得博士學(xué)位。主持國家自然科學(xué)基金重大研究計劃等項(xiàng)目。擔(dān)任Nature Catalysis等知名國際期刊的審稿人。

最后的最后，還有一個問題，固碳儲能的思路和探索，只有中科院在做嗎？

并不是。也有其他人在做，比如比爾蓋茨。

他的方法是使用生物本身的光合作用，把光能變成生物能，然后再合成燃料。但他的方法多了好幾個中間過程，效率較低，此外還會消耗大量的耕地。于是一直沒有特別顯著的突破。

與之相比，中科院直接使用光能一步到位轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的方案，更先進(jìn)、更高效也更環(huán)保。

論文地址：
https://www.nature.com/articles/ncomms15174#change-history