記者日前從海南大學(xué)獲悉，該校海洋清潔能源創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新型催化體系，可在僅70℃的溫和條件下，將氣態(tài)甲烷高效轉(zhuǎn)化為高附加值的液體甲醇，為我國(guó)可燃冰資源就地利用提供了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)方案，也標(biāo)志著我國(guó)在低溫催化領(lǐng)域取得實(shí)質(zhì)性突破。相關(guān)成果近期發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上。

海南大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院副研究員鄧培林介紹，可燃冰是21世紀(jì)最具商業(yè)開發(fā)價(jià)值的戰(zhàn)略能源之一，其主要成分甲烷是一種高密度、低碳的能源分子，但由于其分子結(jié)構(gòu)極其穩(wěn)定，碳?xì)滏I難以在溫和條件下斷裂，轉(zhuǎn)化過(guò)程長(zhǎng)期面臨技術(shù)瓶頸。傳統(tǒng)工業(yè)方法需在超過(guò)1000℃高溫和50個(gè)大氣壓的高壓條件下進(jìn)行，不僅能耗巨大，還容易導(dǎo)致甲烷過(guò)度氧化為二氧化碳，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。而甲醇常溫下為液體，便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，既是重要的基礎(chǔ)化工原料，也可用作為船舶、汽車等領(lǐng)域的清潔燃料。如何在溫和條件下實(shí)現(xiàn)甲烷向甲醇的高效、綠色轉(zhuǎn)化，是國(guó)際催化化學(xué)領(lǐng)域公認(rèn)的難題。

為攻克這一難關(guān)，海南大學(xué)團(tuán)隊(duì)將突破口放在催化劑上。他們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)催化劑晶面進(jìn)行精密“裝修”，即使在較低溫度下也能高效“喚醒”甲烷分子，并快速釋放生成的甲醇，避免其被進(jìn)一步氧化為二氧化碳。研究人員還通過(guò)引入金原子調(diào)控催化劑的電子結(jié)構(gòu)和表面活性位點(diǎn)，使其在70℃下即可實(shí)現(xiàn)甲烷活化與甲醇脫附的同步進(jìn)行。

該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)關(guān)鍵突破：一是將傳統(tǒng)反應(yīng)所需的高溫環(huán)境顯著降至70℃，顯著降低能耗與操作風(fēng)險(xiǎn)；二是達(dá)到了近100%的轉(zhuǎn)化選擇性，甲醇生成幾乎“零副產(chǎn)”，有效避免資源浪費(fèi)。鄧培林表示，該新型催化體系具備溫和反應(yīng)條件、持續(xù)催化活性和高產(chǎn)品選擇性等優(yōu)勢(shì)，未來(lái)可與海上可燃冰開采設(shè)備協(xié)同應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在開采現(xiàn)場(chǎng)就地轉(zhuǎn)化氣態(tài)甲烷為液態(tài)甲醇，既規(guī)避甲烷泄漏風(fēng)險(xiǎn)，又降低運(yùn)輸成本。除可燃冰外，該技術(shù)還適用于天然氣田、頁(yè)巖氣及伴生氣等多種富甲烷資源的清潔利用，應(yīng)用前景廣闊。

目前，該成果仍處于實(shí)驗(yàn)室小試階段，團(tuán)隊(duì)正推進(jìn)反應(yīng)器放大與催化劑穩(wěn)定性測(cè)試，計(jì)劃在未來(lái)三至五年內(nèi)完成中試示范裝置落地，并逐步推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化落地。

“我們的目標(biāo)是讓這項(xiàng)核心技術(shù)真正落地海南，打造‘陸海聯(lián)動(dòng)’的清潔能源轉(zhuǎn)化示范基地?！编嚺嗔直硎?，面向未來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)將持續(xù)推動(dòng)催化材料規(guī)?；苽浼爱a(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化進(jìn)程，力爭(zhēng)在甲烷綠色催化領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)中國(guó)引領(lǐng)，為全球能源轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)“海南智慧”和“中國(guó)方案”。（記者王曉櫻 通訊員張陽(yáng)）

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