3月4日，美國(guó)《科學(xué)》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(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)取得的一項(xiàng)成果。他們創(chuàng)造性地采用一種新型復(fù)合催化劑，可直接將煤氣化產(chǎn)生的合成氣轉(zhuǎn)化，高選擇性地一步反應(yīng)獲得低碳烯烴。

對(duì)于身陷能源困局的中國(guó)來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)成果就像一顆火種，照亮了一條充滿(mǎn)希望的道路。

總理之問(wèn)

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

而對(duì)煤多油少的中國(guó)來(lái)說(shuō)，通過(guò)煤化工獲得各種化工產(chǎn)品，更是一條不可或缺的道路。

1923年，德國(guó)科學(xué)家費(fèi)舍爾和托普希發(fā)明了煤經(jīng)合成氣生產(chǎn)高碳化學(xué)品和液體燃料的費(fèi)—托過(guò)程。在國(guó)際能源和化工界，費(fèi)—托過(guò)程幾乎是一部不可替代的“圣經(jīng)”。

但這部“圣經(jīng)”并不完美。除了產(chǎn)生大量的二氧化碳，反應(yīng)過(guò)程還要消耗大量的水，且產(chǎn)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(guó)務(wù)院總理李克強(qiáng)在廈門(mén)大學(xué)考察期間，曾就煤化工研究提出過(guò)這樣一個(gè)問(wèn)題，即“能不能不用水或者少用水進(jìn)行煤化工”。

“中國(guó)的發(fā)展依賴(lài)于技術(shù)的突破。”包信和很清楚，總理的問(wèn)題也正是中國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)的痛處所在。面臨著嚴(yán)峻的資源環(huán)境壓力，中國(guó)必須要有自己的技術(shù)儲(chǔ)備，走出一條自己的路。

你任性？我用“籠子”關(guān)住你！

傳統(tǒng)的費(fèi)—托過(guò)程采用金屬做催化劑，煤氣化產(chǎn)生的一氧化碳在催化劑表面活化產(chǎn)生中間體后，只能任其在表面上自由聚合生長(zhǎng)，既“漫無(wú)目的”，也“無(wú)拘無(wú)束”，因此目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性較低。

“一開(kāi)始我們也只是想在費(fèi)—托催化劑的基礎(chǔ)上，通過(guò)各種途徑作些改進(jìn)，包括金屬、載體和助劑等。”潘秀蓮告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，“后來(lái)，我們突發(fā)奇想：能不能走一條非常規(guī)的路線(xiàn)，直接轉(zhuǎn)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(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種復(fù)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(jìn)行反應(yīng)，而是迅速進(jìn)入分子篩，在孔道限域環(huán)境中進(jìn)行反應(yīng)，定向生成低碳烯烴，大大提高了產(chǎn)物的選擇性。

“這就好比把‘自由基’關(guān)進(jìn)一個(gè)‘籠子’，通過(guò)限制其行為，使其最終變成我們想要的目標(biāo)產(chǎn)物。”包信和說(shuō)，將來(lái)還有可能通過(guò)調(diào)控分子篩的孔道和酸性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物分子的可控調(diào)變。

更重要的是，新發(fā)明的過(guò)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(jīng)濟(jì)效益，成功地回答了“總理之問(wèn)”。

中科院院士何鳴元對(duì)這一成果給予了高度評(píng)價(jià)：“他們不但提出了全新的概念，而且依靠一系列科學(xué)前沿的突破，最終改變了人們對(duì)煤化工過(guò)程的觀(guān)念。”

中科合成油技術(shù)有限公司總裁李永旺也盛贊稱(chēng)：“在歷史上，由中國(guó)人發(fā)明的大反應(yīng)并不多。這項(xiàng)成果從科學(xué)角度來(lái)說(shuō)是一個(gè)顛覆性的創(chuàng)新，其重要性不亞于費(fèi)—托過(guò)程。”

烯烴3.0時(shí)代將至

論文刊發(fā)后，《科學(xué)》雜志同期刊發(fā)了一篇專(zhuān)家評(píng)述文章，認(rèn)為該過(guò)程未來(lái)在工業(yè)上將具有巨大的競(jìng)爭(zhēng)力。

包信和團(tuán)隊(duì)的成果迅速引起產(chǎn)業(yè)界的巨大興趣。

“乙烯是石油化工之母，但目前我國(guó)乙烯、丙烯的滿(mǎn)足度僅有60%，缺口很大。”中國(guó)石油化工集團(tuán)公司副總工程師王子宗說(shuō)，“中科院這項(xiàng)成果實(shí)現(xiàn)了煤氣化直接制烯烴，從產(chǎn)業(yè)角度來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)是非常有前景的。”

目前，中科院大連化物所已與國(guó)內(nèi)重要化工企業(yè)和國(guó)外著名化學(xué)公司達(dá)成初步協(xié)議，著手在催化劑制備和工藝過(guò)程開(kāi)發(fā)等方面共同合作，力爭(zhēng)盡快實(shí)現(xiàn)工業(yè)示范和產(chǎn)業(yè)化，努力將這一原創(chuàng)性成果轉(zhuǎn)變?yōu)檎嬲�的生產(chǎn)力。

值得一提的是，在從事這項(xiàng)研究的9年多里，團(tuán)隊(duì)除了申報(bào)多件中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利和國(guó)際PCT專(zhuān)利，并未公開(kāi)發(fā)表過(guò)一篇相關(guān)研究的文章，幾乎可以說(shuō)是9年“零產(chǎn)出”。

但這樣的“默默無(wú)聞”卻得到了中科院大連化物所所長(zhǎng)、中科院院士張濤的無(wú)條件支持。在他看來(lái)，研究所不應(yīng)為一時(shí)一事去評(píng)判科學(xué)家，而是要鼓勵(lì)他們靜下心來(lái)，去研究重大科學(xué)問(wèn)題，挑戰(zhàn)世界難題。

“這項(xiàng)成果的想法很巧妙，但過(guò)程并不復(fù)雜。我對(duì)產(chǎn)業(yè)化前景很有信心。”張濤說(shuō)，“如果把石油制烯烴、甲醇制烯烴叫作烯烴1.0、2.0時(shí)代，那么這項(xiàng)成果很可能把我們帶向烯烴3.0時(shí)代，幫助中國(guó)走出一條自己的清潔煤化工道路。