CO₂制燃气完成中试吨产,中国碳中和“终极”技术亮相全国科普日主场

 

 

“将二氧化碳直接转化为燃气与氧气,这是终极‘碳中和’技术。”9月15,在中国科学技术馆,由中国环境科学学会联合北京光合新能科技有限公司(以下简称“光合新能”)推出的“等离激元碳中和技术”展台前,解说员言简意赅地向观众做科普:“目前基于这一技术的工业项目已处于量产前夕,中美日都在冲刺推进,我们的项目保持领先。”

9月15,北京光合新能科技有限公司CEO王琮博士接受媒体采访

9月15-21日,由中国科协、科技部、生态环境部等18个部委主办的"2022年全国科普日主场活动"在中国科技馆举行。

中国工业应用:等离激元碳中和技术项目有望明年正式投产

“我们用火电厂排放的CO₂(二氧化碳)做原料,等离激元催化剂通过吸收可见光及红外辐射等能量,将二氧化碳和水分子的化学键分解打开,其中的碳、氢、氧原子在催化剂表面重新组合,从而产生甲烷(CH4)和氧气(O₂)。”北京光合新能科技有限公司CEO王琮博士告诉记者,目前这一技术的产业化应用已经进行了中试,项目进展顺利,最快有望明年正式投产工业化运营。

中试项目等离激元CO₂合成燃料热催化反应器
据王琮介绍,在上述反应中,等离激元纳米催化剂充当了叶绿素的角色,复制了植物的光合作用过程。“早在2020年,我们利用等离激元技术将工业二氧化碳和水制成天然气和油气的工业化中试放大试验基地,在黑龙江七台河电厂旁侧建成。该基地实现了采用电厂余热催化温和条件下,一步将电厂烟气中获得的二氧化碳和原料水分解合成为碳氢燃料,达到了年产6吨碳中和的碳氢燃料,消耗18吨二氧化碳废气。”
光合新能董事长钟金海在展台现场告诉中国工经新闻:“该试验基地是目前世界范围内该领域内唯一完成中试放大的项目,远远领先于美国、日本在同领域的其他团队。”

据悉,目前王琮博士团队已与相关央企签订合作协议,正在积极推动光合新能的等离激元 “碳制甲烷”、“水制氢”技术落地产业化。
等离激元碳中和技术有望成为实现双碳目标的动力和保证

光合新能公司的等离激元催化反应套件、燃料产物收集窗口和人工催化合成的燃油样品

在“双碳”大背景下,“催化科学”引发高度关注,等离激元催化技术的研究和应用得到政府部门重视和支持。2022年2月,科技部公布《“催化科学”重点专项2022年度项目申报指南(征求意见稿)》,首次提到“表面等离激元催化”技术,并明确了“表面等离激元催化”的研究领域。
科技创新增强了将“双碳”纳入生态文明建设整体布局和经济社会发展全局的信心。2022年8月,由科技部、国家发展改革委、工业和信息化部等9部门印发《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022—2030年)》,保障我国顺利实现碳达峰目标,同时为碳中和的实现做好技术研发储备。

左图为尾气和余热管道,右图为变压吸附(PSA)CO2捕集系统

“等离激元人工光合技术可以作为治碳制能技术,利用太阳光和工厂余热,将二氧化碳转化为能源,做到变废为宝,将破解气候变化和能源枯竭魔咒。”据中国国际经济交流中心研究员梁云凤告诉中国工经新闻,“这不仅解决了二氧化碳的排放问题,同时对于新产生的二氧化碳也不再是负担”。这意味着,等离激元人工光合技术可以在不影响发展和生产的同时,直接减少二氧化碳的排放,有望成为实现双碳目标的动力和保证。
李嘉诚投资美国等离激元碳利用技术公司
记者从“2022年全国科普日主场活动”现场获得的材料显示,近年来,全世界科学界和产业界一直在探索多种碳中和的技术,目前主要的技术路线包括电化学法、高热催化、光催化、生化技术,以及目前最具有前景的等离激元增强催化路线。整体来看,上述这些碳中和技术路线各有利弊,但相比之下,等离激元增强催化技术的优势非常突出。
2021年四月由美国能源部支持的Syzygy Plasmonics(Syzygy等离激元),基于美国莱斯大学技术,专门研究光催化和等离激元人工光合的公司,获得了李嘉诚的Horizons Ventures和挪威能源等2300万美元的投资。

美国Syzygy等离激元公司反应器概念图

2016年日本成立人工光合作用化学过程技术研究协会,成员包括:三菱化学、FUJIFILM、日本精细陶瓷中心等。2021年日本经济产业省发布了《绿色增长战略》,其中宣布在十年内完成工业化替代30%现有乙烯,并保持价格不提高。
日本经济产业省发布的技术路线图
从产业化推进进度和完成中试的情况来看,目前中国等离激元碳中和技术项目远远领先于美日。

【科普知识】

【二氧化碳是非常稳定的化学物质】

二氧化碳是碳氧化合物之一,是一种无机物,热稳定性很高(2000℃时仅有1.8%分解),不可燃,通常也不支持燃烧。在化学性质方面,二氧化碳的化学性质不活泼。

从外层电子结构角度来解释:O原子最外层有6个电子,C原子最外层有4个电子,当两个O原子和一个C原子组成一个CO₂分子时,他们形成CO₂分子后都形成8电子稳定结构,其中碳元素的化合价为+4价,处于碳元素的最高价态,因此,CO₂的化学性质是很稳定的。
 
二氧化碳球棍模型

【等离激元介绍】

Plasmon,译作:等离激元。据可查询的资料,其翻译是由我国南京大学徐龙道教授在2007年物理学词典中首先使用的。

1902年,Wood 教授在金属光栅的横磁波反射连续谱中发现,在某些特殊波长处,光谱强度将出现尖锐突变并形成异常吸收带。该实验是人类首次正式观测到表面等离激元(Surface Plasmons,SPs)共振响应。1956年,David Pines率先引入等离激元(Plasmons)的概念来描述自由电子的集体振荡行为。
1974年,表面等离极化激元(Surface Plasmon Polaritons, SPPs)这一专业术语被Cunningham等人正式采用。表面等离激元是自由光子与金属表面电子相干震荡所形成的独特电磁模式,即光与金属纳米粒子相互作用能够在纳米尺度范围聚焦很强的电磁能量,突破了传统光学中的衍射极限。
2004年前后,得益于电子显微镜技术和纳米制备工艺的发展,对于等离激元的研究和应用开始兴起。2006年,美国学术界成立专门的学术期刊《等离激元》。2006年美国普渡大学投资1亿美元建设了面积2万平米的布雷克纳米中心,集中研发等离激元技术和相关纳米光子学。目前,等离激元已是一个平台级技术,应用前景广泛。科学家和产业界在不同应用场景下开展了新的探索。例如:用于信号增强的生物检测器,可应用于DNA辨别和癌症筛查;等离激元-光电混合芯片可将运算处理速度提高到100GHz;以及利用等离激元技术治理二氧化碳,合成可再生能源等应用。

【等离激元在碳中和领域的应用路径】

 

等离激元增强催化:科学家们利用局部等离激元作用(纳米结构的光自聚焦效用),好似微型透镜,聚焦光或热辐射的能量,增强纳米催化剂的催化能力。

等离激元碳中和技术介绍:等离激元纳米催化剂充当叶绿素的角色,以阳光或热辐射为能量,使能量聚焦在纳米催化剂的尖端,在宏观接近常温常压下,就将二氧化碳(CO2)和水(H2O)分子打碎,使得碳、氢、氧原子重新组合,形成天然气(CH4)等碳氢燃料和氧气(O2)。用清洁的碳氢燃料去替代传统的化石能源,不仅可以回收利用二氧化碳,还能减少传统化石能源使用。
 
注:科普材料由北京光合新能科技有限公司提供

 

来源:《企业舆情信息》/《中国工经新闻》

 

 

 
 
浏览量:0
创建时间:2022-09-21 11:09
< 返回
首页    新闻资讯    行业资讯    CO₂制燃气完成中试吨产,中国碳中和“终极”技术亮相全国科普日主场