重大进展！我国科学家找到煤变“水”新方法构筑能源领域新里程碑
发布时间：2023-05-23 10:36:51 所属栏目：动态 来源：
导读：能量的积累,是人类社会发展的根本.
无论是我们日常生活中的手机、电器、汽车，还是工业生产中的飞机发动机和火箭推进器，都离不开能源的供应。
在我国，化石能源的主体依然是煤炭，占比近 70%，石油大约占 20%
无论是我们日常生活中的手机、电器、汽车，还是工业生产中的飞机发动机和火箭推进器，都离不开能源的供应。
在我国，化石能源的主体依然是煤炭，占比近 70%，石油大约占 20%
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能量的积累,是人类社会发展的根本. 无论是我们日常生活中的手机、电器、汽车，还是工业生产中的飞机发动机和火箭推进器，都离不开能源的供应。 在我国，化石能源的主体依然是煤炭，占比近 70%，石油大约占 20%，而天然气的份额仅为 1%～2%。 现状是，国内对能源的需求量大于供应量，尤其是对液体能源（如烯烃）的需求。 烯烃在多个领域发挥着重要作用，包括作为燃料、化工原料、化肥原料以及化学品的中间体等。 因此，开发出制造烯烃的新技术，对于我国的经济和社会发展具有巨大价值。 科学家们提出了一个有趣的问题：能否用我国更富有的煤炭来生产烯烃等液体能源呢？ 我国的科研人员已经着手实践这一想法，他们首先将煤炭转化为合成气，然后进一步将合成气通过费托反应转化为液体能源，例如汽油、柴油和芳烃等。 01 费托合成：化工领域的“魔法厨房” 我们上文提到的“合成气”是什么？ 其实，它就是由一氧化碳（CO）和氢气（H₂）组成的混合气体。 怎样制得这种混合气体呢？ 通常，我们会把煤炭、石油，甚至生物质等碳氢化合物与氧化剂（比如氧气、水蒸气）进行部分氧化和水煤气变换等化学反应，这样就生成了合成气。 这种特殊的气体，在化工领域中有着广泛的应用，聚合物是发展中国家合成高性能液体燃料生产过程中的一些重要原料，这些重要过程就包含不饱和脂肪酸的费托合成。 费托合成又是什么呢？ 费托合成（Fischer-Tropsch synthesis）是一种独特的化学过程，其主要目的是将合成气转化为液态燃料和其他有价值的化学品。 这个过程最初是在 20 世纪 20 年代由德国的两位化学家弗朗茨·费舍尔（Franz Fischer） 和汉斯·托普施（Hans Tropsch）开创的。 我们可以用一个更生活化的例子来说明费托合成：它可以被想象成一个“魔法厨房”。 在这个厨房里，我们的合成气就是“食材”，经过一系列的化学反应（在催化剂的作用下），我们可以制作出“美味佳肴”——液态燃料。 这个“魔法厨房”能够将简单的原料转化为各种有用的产品。 比如，我们可以将一氧化碳想象成西红柿，氢气则是鸡蛋。 用不同重量的西红柿与鸡蛋，通过一系列不同的烹饪手段，它们既可以变成西红柿炒鸡蛋，又可以变成西红柿鸡蛋汤，甚至可以变成西红柿鸡蛋饼。 费托合成在能源多样化和资源高效利用中具有重要的作用。 特别是在资源状况为富煤、缺油、少气的我国，这种技术能够将我们本地丰富的煤炭、生物质等资源转化为液态燃料，降低我国对外部石油的依赖，进一步提高我国的能源安全，因此这一反应具有非常重要的战略意义。 02 催化剂：难以突破的跷跷板 了解了费托合成反应的重要性后，我们来看一看科学家们做的最重要的工作——改善催化剂。 化学反应中的催化剂是一种起到促进作用的物质，它能够加速反应速率，但其本身并不参与反应。 在费托反应中，催化剂类型会直接影响产物的种类和分布。 不只是费托反应，实际上，在化学工业中，超过 85% 的化学反应都依赖催化剂来提高反应的速率。 当我们在处理一些能产生多种产物的复杂反应时，我们希望得到的是尽可能多且纯净的目标产物，但多数催化剂体系的活性和选择性（选择性代表产物的单一性）会存在“跷跷板效应”。 在跷跷板的两端，一端是反应的活性，一端是反应的选择性，活性提高了，选择性就要降低，进而导致目标产物的收率不高。 经过近 90 年的发展，在合成气制低碳烯烃的体系中，低碳烯烃产物的选择性一直难以突破理论极限（58%），且该催化体系存在严重的跷跷板效应。 因此，如何突破极限，打破“跷跷板”效应，一直是该领域科学家们长期关注的问题。近日，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员、博士生导师王建国带领团队成功开发出一种新型纳米材料，可用于制备高性能陶瓷材料。 （编辑：聊城站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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