空氣中取之不竭、工業(yè)廢氣中“量大管飽”的二氧化碳,居然能跟氫氣發(fā)生化學反應,生成飛機的“口糧”——航空煤油!這種以前想都不敢想的美事兒,正在鄂爾多斯實驗室科研人員的努力下變成現實。
鄂爾多斯實驗室由內蒙古鄂爾多斯市政府主導成立,同清華大學合作建設,以可再生能源與現代煤化工為主要科研方向。近年來,鄂爾多斯市依托豐富的煤、氣、風、光資源,實現了現代能源與現代煤化工產業(yè)的跨越式發(fā)展。隨之,越來越多的業(yè)內頂尖專家學者與科研團隊把這里當成了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的熱土。鄂爾多斯市順勢而為,積極構建新型科研創(chuàng)新平臺,鄂爾多斯實驗室由此應運而生。
2023年6月,鄂爾多斯實驗室揭牌運行。同年8月,自治區(qū)批準鄂爾多斯實驗室牽頭建設能源領域內蒙古實驗室,填補了內蒙古省級實驗室空白。2024年4月,實驗室成功獲批設立國家級博士后科研工作站,成為內蒙古自治區(qū)首個獲批國家級博士后科研工作站的新型研發(fā)機構。
搞能源就要到能源富集的地方,搞煤化工就要到煤化工領先的地方,鄂爾多斯就是這樣一個能讓人大展身手的好地方,是一個高速奔跑的城市,一座未來之城——這是鄂爾多斯實驗室科研人員,特別是青年科研人員,選擇來到這里的理由。鄂爾多斯實驗室是業(yè)內的人才高地,創(chuàng)始主任魏飛教授是我國多相反應化工技術領域的領軍人物,也是清華大學反應工程研究的掌舵人,實驗室雙一流高校畢業(yè)人員占比61%,90后科研人員占比91%。
面向內蒙古自治區(qū)科技“突圍”工程,鄂爾多斯實驗室圍繞四大科研方向以及配套的檢測中心,搭建產學研合作平臺,通過戰(zhàn)略前沿技術、關鍵核心技術、顛覆性技術的研發(fā)與轉化應用,持續(xù)壯大新質生產力。其中,新型煤化工方向,由清華大學化學工程系騫偉中教授擔任首席科學家;綠色能源方向,由魏飛教授擔任首席科學家;工業(yè)熱儲能方向,引進國家高層次人才白丁榮教授(加拿大籍)擔任首席科學家;新材料宏量制備方向,引進高麗大學洪明子教授擔任首席科學家;服務四大科研方向的高端檢測中心,以高時空分辨隧道掃描電子顯微技術為亮點。
2023年6月28日,在世界新能源新材料大會上,“二氧化碳加氫一步法制芳烴技術”作為重大前沿科技成果重磅發(fā)布。該技術的全球首個萬噸級工業(yè)試驗項目,正是由鄂爾多斯實驗室支持,由清華大學和鄂爾多斯當地企業(yè)共同承擔的,項目計劃于2024年6月建成運行。
這項由鄂爾多斯實驗室開展試驗的新技術,意味著什么?先要回答芳烴是什么。芳烴可以合成生活中常見的尼龍,芳烴制取技術是尼龍產業(yè)鏈的關鍵技術。目前全球約95%的芳烴都是由石油提煉合成,而我國是世界最大的芳烴消費國,也是世界最大的石油進口國。但在這項新技術誕生并應用后,芳烴的原料來源有望轉變?yōu)闊旱玫降亩趸?,我國對進口石油的依賴也有望因此減輕。更可貴的是,較之傳統技術路線,新技術路線可節(jié)省物耗1/3左右,有望形成絕對優(yōu)勢。未來,一條“從一塊煤到一塊尼龍布”的產業(yè)鏈,呼之欲出。
在鄂爾多斯實驗室,同樣具有顛覆性的核心技術,還有“可持續(xù)航空燃料柔性技術”。這項技術,是以二氧化碳作為碳源,結合可再生風光電電解水獲得的氫氣,合成高能量密度的液體航空燃料。
要知道,在未來相當長一段時間里,載人航空器仍需以航空煤油為原料,這是因為,當前的新能源電池能量密度還是太低了,不足以支持飛機飛行幾百上千公里,只有發(fā)展可持續(xù)航空燃料,才是航空業(yè)減少碳排放的可行路徑。近年,可持續(xù)航空燃料的其他技術路線,都在很大程度上受到原料供給的制約,唯有鄂爾多斯實驗室推行的“二氧化碳+綠氫”這一技術路線,有著充足且便利的原材料供給——二氧化碳可來自空氣捕獲或工業(yè)廢氣,氫氣則來自近乎無限的風光電能。如果這項新技術在內蒙古大范圍推開,那么內蒙古豐富的綠電,將不僅能通過輸電線外送出去,還能轉化成航空煤油運出去。
以上兩項新技術,既可解決工業(yè)二氧化碳廢氣的再利用問題,也可解決再生電力及綠氫的儲運消納問題,更可進一步減輕人類對石油資源的依賴。這,就是世界低碳核心技術領域的中國方案。
此外,鄂爾多斯實驗室還在準格爾旗大路工業(yè)園布局了年產2萬噸硅碳負極材料項目,建成后將成為世界規(guī)模最大的硅碳負極材料項目;在準格爾旗中試基地布局了150兆瓦工業(yè)熱儲能示范項目,通過“風光電→蒸汽→穩(wěn)定電流”技術路徑,使熱能儲存效率達到98%以上;在烏審旗圖克工業(yè)園區(qū)布局了千噸級合成氣直接法制烯烴中試驗證項目,新技術路線較之傳統技術路線,關鍵設備可減少35%、能耗可降低50%、投資可降低25%。目前,實驗室正在開展的科研項目共25項,已經形成40余項合作基礎研究成果及合作專利。
同時,鄂爾多斯實驗室也致力于學術交流及青少年科普事業(yè),舉辦實驗室首屆學術論壇,聯合開展科創(chuàng)暖新院士行活動,還組織鄂爾多斯實驗室開放活動,讓孩子們看到電子顯微鏡下的苯環(huán)結構,引導更多的孩子立志科研。
今后,鄂爾多斯實驗室將一如既往,助力地方產業(yè)升級、轉型和高質量發(fā)展,為推進內蒙古自治區(qū)科技“突圍”工程、在鄂爾多斯建設世界級現代能源與現代煤化工產業(yè)集群,交上一份優(yōu)秀的答卷。
(作者系清華大學化學工程系副研究員,鄂爾多斯實驗室常務副主任 )
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