上海綠色制造展關(guān)注到，在化工行業(yè)邁向深度脫碳的關(guān)鍵時期，一項(xiàng)源自基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的革命性調(diào)控技術(shù)，正為傳統(tǒng)高排放工藝的綠色轉(zhuǎn)型帶來顛覆性可能。展會了解到，中國科學(xué)院與北京大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過一項(xiàng)被稱為“分子開關(guān)”的痕量鹵素調(diào)控策略，成功將鐵基費(fèi)托合成工藝中的二氧化碳副產(chǎn)物含量從約30% 降至1% 以下，同時將高附加值烯烴產(chǎn)率提升至85% 以上。這項(xiàng)以百萬分之一濃度氣體實(shí)現(xiàn)“近零碳”轉(zhuǎn)化的技術(shù)，標(biāo)志著通過分子尺度的精準(zhǔn)干預(yù)來重塑核心工業(yè)反應(yīng)路徑，已成為驅(qū)動化工產(chǎn)業(yè)綠色化升級的前沿趨勢。

一、技術(shù)突破：以“分子開關(guān)”精準(zhǔn)調(diào)控百年化學(xué)反應(yīng)

費(fèi)托合成是將合成氣（一氧化碳與氫氣）轉(zhuǎn)化為液體燃料和高值化學(xué)品（如烯烴）的百年核心工藝，其中超過三分之二的工業(yè)裝置使用成本較低的鐵基催化劑。然而，該工藝存在一個百年難題：反應(yīng)過程中極易觸發(fā)水氣變換副反應(yīng)，導(dǎo)致高達(dá)30% 的碳原子轉(zhuǎn)化為無價值的二氧化碳，造成嚴(yán)重的碳排放和碳資源浪費(fèi)。研究團(tuán)隊(duì)的突破在于，無需更換催化劑或改造生產(chǎn)線，僅在反應(yīng)氣體中注入百萬分之一濃度的鹵素化合物（如溴甲烷）。這一微量組分如同“動態(tài)調(diào)控者”，能在催化劑表面精準(zhǔn)地“堵住”生成二氧化碳的反應(yīng)路徑，同時引導(dǎo)更多的碳原子高效聚合生成烯烴，將碳資源利用率提升至前所未有的水平。

二、核心優(yōu)勢：“輕插拔式”改造與碳原子經(jīng)濟(jì)性革命

該技術(shù)策略之所以備受關(guān)注，源于其帶來的三大范式轉(zhuǎn)變：

極致的碳原子經(jīng)濟(jì)性：通過“關(guān)閉”主要的副反應(yīng)通道，將碳原子幾乎全部導(dǎo)向目標(biāo)產(chǎn)物烯烴（產(chǎn)率85% 以上），實(shí)現(xiàn)了從“犧牲性排放”到“近乎全利用”的根本性轉(zhuǎn)變，為化工過程大幅減碳提供了分子層面的解決方案。

“輕插拔式”的改造路徑：與許多需要推倒重建的顛覆性技術(shù)不同，該策略具有極高的工程便利性。它無需更換現(xiàn)有工業(yè)催化劑，也無需對反應(yīng)裝置進(jìn)行大規(guī)模改造，只需在進(jìn)氣端增加微量鹵素的精準(zhǔn)注入單元，即可對現(xiàn)有產(chǎn)能進(jìn)行“原位”升級，極大降低了技術(shù)應(yīng)用的門檻和成本。

與綠氫耦合的深度脫碳潛力：該技術(shù)的核心是優(yōu)化碳的利用路徑。若與來自可再生能源的 “綠氫” 相結(jié)合，可從源頭（氫氣生產(chǎn)）和過程（碳高效轉(zhuǎn)化）兩個維度，為整個煤化工或合成氣化工產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)近零碳排放提供完整的技術(shù)藍(lán)圖。

三、產(chǎn)業(yè)展望：從實(shí)驗(yàn)室邁向工業(yè)化的關(guān)鍵挑戰(zhàn)與未來方向

盡管前景廣闊，但這項(xiàng)前沿技術(shù)要真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，仍需跨越一系列工程與材料科學(xué)的挑戰(zhàn)，這也指明了該領(lǐng)域未來的研發(fā)重點(diǎn)：

精密控制與穩(wěn)定性：實(shí)現(xiàn)百萬分之一（ppm）級別鹵素氣體的長期、穩(wěn)定、安全投料，對生產(chǎn)過程的自動化控制水平提出了極高要求。同時，鐵基催化劑在鹵素環(huán)境下的長期耐鹵穩(wěn)定性（數(shù)千小時運(yùn)行）需要系統(tǒng)驗(yàn)證。

技術(shù)普適性與系統(tǒng)集成：策略需要針對不同來源、不同雜質(zhì)組成的合成氣原料進(jìn)行普適性優(yōu)化。未來的研發(fā)方向包括：開發(fā)更安全可控的固體鹵源或可回收助劑體系；利用人工智能與高通量計算，篩選更多可替代鹵素的“輕摻雜”調(diào)控分子，以實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的更智能、更精確的操控。

上海綠色制造展認(rèn)為，這項(xiàng)研究的意義遠(yuǎn)超一項(xiàng)具體的工藝改進(jìn)。它代表了綠色制造的一個高階形態(tài)：即通過基礎(chǔ)科學(xué)的原始創(chuàng)新，對傳統(tǒng)工業(yè)的核心反應(yīng)進(jìn)行“重寫算法”，從而在分子層面實(shí)現(xiàn)能源與資源利用效率的躍遷。這為鋼鐵、水泥等高碳排行業(yè)的工藝革新提供了全新的思路借鑒。展會持續(xù)關(guān)注并致力于連接此類處于產(chǎn)業(yè)化前夜的變革性、平臺型綠色技術(shù)，它們不僅是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的硬核科技支撐，更是未來產(chǎn)業(yè)競爭中獲得戰(zhàn)略性優(yōu)勢的關(guān)鍵所在。

來源：中國科學(xué)院官網(wǎng)（轉(zhuǎn)載自《科技日報》）

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