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原料转化率达95%,汽油年产达千吨,二氧化碳真的可以变汽油?

 James5291 2023-07-24 发布于北京

如果有人说能够将二氧化碳变成汽油,一定会有不少人觉得他是在开玩笑,一种是造成全球变暖的温室气体,一种是生活必需的能源物质,它们怎么能够相互转化呢?但是,科学家们却肯定了这种可能并实现了它。

二氧化碳如何转变成汽油?

1个二氧化碳分子由1个碳原子和2个氧原子组成,化学式为CO2。汽油的主要成分是C5~C12的脂肪烃和环烷烃,是一种可燃性的烃类混合物液体。二氧化碳和汽油不仅在化学组成上有差异,而且常温常压下的存在状态也不同。

二氧化碳转变为汽油主要利用到了二氧化碳加氢技术,但是,二氧化碳是一种很稳定的分子,它与氢分子的催化反应得到的更多是甲烷、乙烷、丙烷等短链烃类,很难得到汽油燃料中的长链烃类。

在2017年,中科院大连化物所的孙剑、葛庆杰研究团队就设计了一种新型多功能复合催化剂,成功实现了通过二氧化碳直接加氢获得高辛烷值汽油的技术,这种新型多功能复合物催化剂是二氧化碳转化的关键。

这种新型催化剂上有三个相互兼容互补的活性位,二氧化碳分子先后经过三个活性位点,实现从二氧化碳分子到一氧化碳分子,再到α-烯烃,最后到汽油组分的转变,三个活性位点的巧妙空间排布实现了二氧化碳一步步的精准转化。

为什么要用二氧化碳合成汽油?

地球除了会吸收太阳辐射的热量外,还会同时通过发射红外线的方式散热。二氧化碳气体具有吸收红外线的能力,如果大气中的二氧化碳过多,就如同给地球盖了一层被子,地球过于保暖而不能及时散热,加剧温室效应。

加剧的温室效应导致全球变暖,全球变暖最显著的一个影响便是冰川融化,海平面上升。冰川融化使得寒冷环境中生存的生物栖息地被破坏,海平面上升会淹没临海陆地,全球变暖将会引发一系列影响,并且这种影响是弊大于利的。

二氧化碳作为主要的温室气体,利用它来合成能源物质汽油,可以减少大气中的二氧化碳含量,减缓全球变暖的速度。而且,石油是一种不可再生资源,汽油来源于石油,利用二氧化碳合成汽油能减少石油能源的需求压力。

除此之外,发展二氧化碳合成石油的技术还与我国人均石油资源不足有关。我国石油储备排名世界第13,但我国却是世界上最大的石油需求国,近70%的石油都需要进口,如果发生国际冲突使得石油进口出现短缺,对我国造成的影响将是巨大的。

二氧化碳合成石油的原材料主要是二氧化碳和氢气,它们都能够在自然界中获得,发展二氧化碳合成石油的技术能够缓解出现石油进口短缺时我国的压力,避免外国通过遏制能源进口来威胁我国。

二氧化碳合成石油的未来

目前二氧化碳合成石油的技术并没有得到大量推广,最主要的原因还是在于它的成本较高。2017年我国就实现了二氧化碳直接加氢获得高辛烷值汽油技术的突破,但是从实验到商业化生产的转变并不容易。

虽然如今国内的汽油价格持续上涨,已经达到了9500元/吨,但是利用二氧化碳加氢来合成汽油,算上二氧化碳和氢气的成本、工艺加工成本和我国收取的消费税和增值税,生产1吨汽油的价格要高于如今的油价。

除此之外,电解水制氢成本过高,原料氢的来源更多的是通过太阳能制氢和提纯工业副产品中的氢气获得,但是就目前来看我国太阳能制氢产业并不发达,而从工业副产品中提纯氢也需要一笔额外提纯成本。

去年3月,在山东邹城工业园区内,全球首套年产量1000吨的二氧化碳加氢制汽油中试装置开机运行,该装置二氧化碳和氢的转化率达到了95%,显著降低了原料消耗和浪费,在所有含碳产物中汽油选择性优于85%,且辛烷值超过90。

该中试装置工艺流程较简单,能耗较低,已经正式通过了由中国石油和化学工业联合会组织的连续72小时现场考核,并生产出了符合国VI标准的清洁汽油产品,为今后我国的万吨级二氧化碳加氢制汽油装置提供了基础的支撑。

如果二氧化碳加氢合成汽油的技术能够真正实现商业化,我国将不惧今后发生国际冲突时外国对我国石油进口的封锁。另外,随着技术不断进步,二氧化碳合成石油的成本也会不断降低,中国碳中和的时代或将到来。

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