華東理工大學(xué)化工學(xué)院實(shí)驗(yàn)12樓內(nèi)的一間實(shí)驗(yàn)室里，反應(yīng)器前紅燈閃爍。老師和研究生們24小時(shí)不間斷監(jiān)視分析著電腦上數(shù)據(jù)的變化。二氧化碳的濃度怎樣達(dá)到峰值？催化劑使用效果如何？……數(shù)十公里之外，上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司內(nèi)，一臺(tái)燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集制甲醇萬(wàn)噸級(jí)項(xiàng)目裝置拔地而起，實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)支撐著這個(gè)“巨無(wú)霸”連續(xù)運(yùn)行72小時(shí)，順利通過(guò)性能試驗(yàn)考核。這標(biāo)志著，全國(guó)首個(gè)火電廠煙氣二氧化碳捕集制甲醇全流程試驗(yàn)項(xiàng)目順利完成，二氧化碳平均捕集率>95％，最高捕集率>99%，H2和CO2轉(zhuǎn)化率>99%,甲醇選擇性>99%。

　　“捉住”電廠排放廢氣中的CO2，變廢為寶，讓廢氣變成甲醇，這是教育部“氫能綠色制造與利用關(guān)鍵核心技術(shù)”集成攻關(guān)大平臺(tái)5大工程示范項(xiàng)目之一，也是上海市科委“科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”科技支撐碳達(dá)峰碳中和專項(xiàng)項(xiàng)目，同時(shí)也被列為國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“氫加二氧化碳制甲醇技術(shù)研發(fā)與示范”項(xiàng)目。

　　記者聽(tīng)完項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、華東理工大學(xué)教授劉殿華介紹，抬頭看去，這里名稱是“華東理工大學(xué)——申能股份有限公司碳中和聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”。

       什么是真正意義上的碳中和

　　大量碳排放導(dǎo)致的全球氣候變暖是人類面臨的重大全球性挑戰(zhàn)，繼2016年中國(guó)簽署《巴黎氣候協(xié)定》后，中國(guó)在首次提出了爭(zhēng)取2030年前碳達(dá)峰，2060年前碳中和，2030年碳強(qiáng)度下降65%、非化石能源比重達(dá)到25%等中長(zhǎng)期戰(zhàn)略目標(biāo)。

　　而相較于歐洲、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的歷史進(jìn)程，中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，時(shí)間緊、任務(wù)重。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公開(kāi)信息，2021年我國(guó)電力結(jié)構(gòu)中以煤炭為主的火力發(fā)電約占71.13%，中國(guó)能源利用產(chǎn)生的CO2在CO2總排放量中占比高達(dá)88%左右，其中，電力行業(yè)排放約占能源行業(yè)排放量的四成。中國(guó)發(fā)電依舊以煤炭為基礎(chǔ)在短期內(nèi)難以改變。因此，推動(dòng)二氧化碳捕集與利用，綠電制氫，為傳統(tǒng)火力發(fā)電企業(yè)提供降碳新方案將是碳中和目標(biāo)的重中之重。

　　劉殿華指著實(shí)驗(yàn)室里的設(shè)備如數(shù)家珍，介紹道：這里研發(fā)的“燃煤電廠二氧化碳捕集及制甲醇技術(shù)”巧妙融合了電力和化工兩個(gè)行業(yè)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)CO2的能源化和資源化利用，同時(shí)結(jié)合火電機(jī)組梯級(jí)用能技術(shù)，大幅降低甲醇制備綜合能耗，實(shí)現(xiàn)發(fā)電與制甲醇全流程的碳中和。什么意思呢？一方面，將火力發(fā)電產(chǎn)生廢氣化為CO2原料；另一方面，制成另一清潔能源甲醇，如此，既解決了排放，同時(shí)相比于傳統(tǒng)煤制甲醇工藝，能耗可降低70%以上，這便是真正意義上的碳中和。

　　劉殿華的心里，一直有一本“賬”：碳中和目標(biāo)下中國(guó)CCUS（碳捕集、利用與封存）減排需求為：2030年0.2-4.08億噸，2050年6-14.5億噸，2060年10-18.2億噸，僅2025年我國(guó)煤電CCUS減排量預(yù)計(jì)就將達(dá)到600萬(wàn)噸/年。如此龐大的碳減排需求，必須選擇大宗化學(xué)品來(lái)作為經(jīng)濟(jì)效益支托。甲醇作為一種需求量巨大的化工原材料，也可以作為甲醇燃料電池（DMFC）和改進(jìn)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的液體燃料，還能通過(guò)裂解釋放出氫氣，作為氫氣儲(chǔ)運(yùn)的載體。我國(guó)是甲醇消費(fèi)大國(guó)，截至2023年底，我國(guó)甲醇產(chǎn)能達(dá)到10618.6萬(wàn)噸/年，總產(chǎn)量為8317.3萬(wàn)噸，進(jìn)口甲醇量為1455.3萬(wàn)噸。

      變廢為寶，攻克一道道難關(guān)

　　可是，變廢為寶，說(shuō)來(lái)容易，卻面臨一道道技術(shù)攻關(guān)。首先，燃煤電廠排放的煙氣，二氧化碳濃度低，怎樣獲得高純度的CO2？實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的技術(shù)，采用高氣量低CO2濃度煙道氣碳捕集技術(shù)與新型AEEA有機(jī)胺法CO2吸收工藝，將燃煤電廠煙氣轉(zhuǎn)化為適合甲醇合成的高純度CO2，制得的高純CO2，純度可達(dá)99.98%。

　　接下來(lái)，就是高效率制甲醇了，其中的核心技術(shù)是催化劑。CO2轉(zhuǎn)化制甲醇工段研究方向主要致力于提升催化劑的高水含量下催化活性與甲醇選擇性。高純CO2可在銅鋅鋁催化劑作用下轉(zhuǎn)化為甲醇，此類催化劑轉(zhuǎn)化效率優(yōu)秀，但依舊存在活性較低的問(wèn)題。為此，實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)中添加了如Zr（鎬）、Ce（鈰），Sr（鍶）等金屬反復(fù)驗(yàn)證，結(jié)果證明：金屬摻雜可有效提升催化劑高水含量下的催化活性和水汽變換能力，并通過(guò)工藝優(yōu)化，取得了50%以上的單程轉(zhuǎn)化率和７0%以上的甲醇選擇性。

　　劉殿華告訴記者，站在上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司那臺(tái)甲醇萬(wàn)噸級(jí)項(xiàng)目裝置前，心情十分激動(dòng)：這意味著，中國(guó)無(wú)數(shù)家火電企業(yè)有望綠色低碳轉(zhuǎn)型，中國(guó)碳中和、碳達(dá)峰目標(biāo)有望成真，“現(xiàn)在是年產(chǎn)萬(wàn)噸，希望在中試基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)建設(shè)30萬(wàn)噸/年工業(yè)裝置，達(dá)成綠色經(jīng)濟(jì)的碳中和目標(biāo)。”