3月4日，美國《科學》雜志發(fā)表了中科院院士、中科院大連化物所研究員包信和與研究員潘秀蓮領導的團隊取得的一項成果。他們創(chuàng)造性地采用一種新型復合催化劑，可直接將煤氣化產生的合成氣轉化，高選擇性地一步反應獲得低碳烯烴。

對于身陷能源困局的中國來說，這項成果就像一顆火種，照亮了一條充滿希望的道路。

總理之問

人類生產生活所必需的大量化工原料和產品，都直接或間接來自石油、煤等化石能源。因此，各國在大力發(fā)展新能源的同時，也一直在石油和煤化工領域不斷創(chuàng)新。

而對煤多油少的中國來說，通過煤化工獲得各種化工產品，更是一條不可或缺的道路。

1923年，德國科學家費舍爾和托普希發(fā)明了煤經合成氣生產高碳化學品和液體燃料的費—托過程。在國際能源和化工界，費—托過程幾乎是一部不可替代的“圣經”。

但這部“圣經”并不完美。除了產生大量的二氧化碳，反應過程還要消耗大量的水，且產物選擇性差，后續(xù)處理要消耗大量的能量。

2015年4月22日，國務院總理李克強在廈門大學考察期間，曾就煤化工研究提出過這樣一個問題，即“能不能不用水或者少用水進行煤化工”。

“中國的發(fā)展依賴于技術的突破。”包信和很清楚，總理的問題也正是中國煤化工產業(yè)的痛處所在。面臨著嚴峻的資源環(huán)境壓力，中國必須要有自己的技術儲備，走出一條自己的路。

你任性？我用“籠子”關住你！

傳統(tǒng)的費—托過程采用金屬做催化劑，煤氣化產生的一氧化碳在催化劑表面活化產生中間體后，只能任其在表面上自由聚合生長，既“漫無目的”，也“無拘無束”，因此目標產物的選擇性較低。

“一開始我們也只是想在費—托催化劑的基礎上，通過各種途徑作些改進，包括金屬、載體和助劑等。”潘秀蓮告訴《中國科學報》記者，“后來，我們突發(fā)奇想：能不能走一條非常規(guī)的路線，直接轉化合成氣，高選擇性地獲得低碳烯烴？”

這一摸索就是9年多。最終，研究團隊發(fā)明了一種復合“金屬氧化物＋分子篩”的方法，不讓“任性”的中間體在催化劑表面進行反應，而是迅速進入分子篩，在孔道限域環(huán)境中進行反應，定向生成低碳烯烴，大大提高了產物的選擇性。

“這就好比把‘自由基’關進一個‘籠子’，通過限制其行為，使其最終變成我們想要的目標產物。”包信和說，將來還有可能通過調控分子篩的孔道和酸性質，實現產物分子的可控調變。

更重要的是，新發(fā)明的過程除了節(jié)水和在工藝上降低二氧化碳排放，還具有很高的經濟效益，成功地回答了“總理之問”。

中科院院士何鳴元對這一成果給予了高度評價：“他們不但提出了全新的概念，而且依靠一系列科學前沿的突破，最終改變了人們對煤化工過程的觀念。”

中科合成油技術有限公司總裁李永旺也盛贊稱：“在歷史上，由中國人發(fā)明的大反應并不多。這項成果從科學角度來說是一個顛覆性的創(chuàng)新，其重要性不亞于費—托過程。”

烯烴3.0時代將至

論文刊發(fā)后，《科學》雜志同期刊發(fā)了一篇專家評述文章，認為該過程未來在工業(yè)上將具有巨大的競爭力。

包信和團隊的成果迅速引起產業(yè)界的巨大興趣。

“乙烯是石油化工之母，但目前我國乙烯、丙烯的滿足度僅有60%，缺口很大。”中國石油化工集團公司副總工程師王子宗說，“中科院這項成果實現了煤氣化直接制烯烴，從產業(yè)角度來說，這項技術是非常有前景的。”

目前，中科院大連化物所已與國內重要化工企業(yè)和國外著名化學公司達成初步協(xié)議，著手在催化劑制備和工藝過程開發(fā)等方面共同合作，力爭盡快實現工業(yè)示范和產業(yè)化，努力將這一原創(chuàng)性成果轉變?yōu)檎嬲�的生產力。

值得一提的是，在從事這項研究的9年多里，團隊除了申報多件中國發(fā)明專利和國際PCT專利，并未公開發(fā)表過一篇相關研究的文章，幾乎可以說是9年“零產出”。

但這樣的“默默無聞”卻得到了中科院大連化物所所長、中科院院士張濤的無條件支持。在他看來，研究所不應為一時一事去評判科學家，而是要鼓勵他們靜下心來，去研究重大科學問題，挑戰(zhàn)世界難題。

“這項成果的想法很巧妙，但過程并不復雜。我對產業(yè)化前景很有信心。”張濤說，“如果把石油制烯烴、甲醇制烯烴叫作烯烴1.0、2.0時代，那么這項成果很可能把我們帶向烯烴3.0時代，幫助中國走出一條自己的清潔煤化工道路。