另辟“赛道”制乙醇|世界速看

科技日报记者 陆成宽

(资料图)

乙醇，俗称酒精，既是重要的基础化学品，也是世界公认的清洁燃料。全球66%的乙醇被添加到汽油中，用作燃料乙醇，大幅减少了污染物排放。

然而，我国使用乙醇汽油却相对较少。说起个中原因，中科院大连化物所所长刘中民院士告诉科技日报记者：“关键在于需求大，乙醇产量根本不够。”

过去，乙醇生产主要以粮食为原料，但这会造成与人争粮、与粮争地的问题。粮食安全是国家头等大事，该技术路径并不适合在我国大范围推广。

为了让乙醇生产与粮食脱钩，刘中民团队一直在化石能源制乙醇的方向上攻关。经过十多年努力，他们终于成功开辟出煤基乙醇的新“赛道”。

过不了“经济关”

我国化石能源资源储量中，煤炭占比达95%。

“开发具有自主知识产权的煤基乙醇成套技术，符合我国的实际国情。”刘中民团队对此有清醒的认识。

煤制乙醇，虽然方向明确，但团队成员、中科院大连化物所研究员朱文良坦言，“不是大家不想做，而是这件事情实在不好做。”多年来，这条“赛道”上聚集了来自全球诸多国家的竞争者，却都止步于研究开发阶段，未能实现工业化。

传统的煤制乙醇技术路线有两条：一是煤经合成气直接制乙醇，二是煤经乙酸制乙醇。

“这两条路都荆棘密布，离实际应用比较远。”刘中民说。

煤经合成气直接制乙醇是个世界性难题，主要因为需要用到贵金属催化剂铑。

“这条技术路线不仅产量很低，还会造成设备腐蚀，生产成本太高，不具有经济可行性，无法实现工业化。”刘中民解释。

煤经乙酸制乙醇的技术路线也过不了“经济关”。

“乙酸具有很强的腐蚀性，生产装置需要用到昂贵的抗腐蚀材料，导致生产装置的投资特别大。”刘中民说，更重要的是，这条技术路线也要使用贵金属催化剂，“企业要算经济账，不太愿意投入。”

扫除催化剂“拦路虎”

两条传统的技术路线都走不通，怎么办？只能另辟“赛道”！

2010年10月，刘中民研究团队在一条全新的“赛道”上，正式开展煤制乙醇技术攻坚。

“这条新‘赛道’以煤基合成气为原料，经甲醇、二甲醚羰基化、加氢合成乙醇。”在刘中民看来，这条路线最有希望实现煤经合成气制乙醇，同时具有较好的经济性。

然而，“这条技术路线并不好走，催化剂活性低、稳定性差，是很大的‘拦路虎’。”朱文良说。

为找出合适的有工业应用价值的二甲醚羰基化催化剂，研究人员进行了多年艰辛探索。

2010年至2012年，朱文良和研究团队成员做了大量催化剂研究和筛选试验，但始终没有突破，催化剂的寿命一直停留在几十个小时。

“在这个阶段，要筛选大批催化剂，每种至少开展10个试验，在不同的温度、配比、压力等条件下，一个个试。”团队成员刘红超至今难忘这段最煎熬的日子——明明很努力，但一直看不到突破的希望。特别是有一次，试验快做完时，突然因为打雷停电了，数据丢失，只能从头再来。

研究没有突破，沮丧也在所难免。回忆起那段时间，朱文良说，睡不着觉是常有的事。但庆幸的是，“那时我们都是年轻人，大家劲往一处使，没有一个人放弃”。

2013年初，团队成员终于看到了期盼已久的曙光。新开发出的催化剂稳定性较好，寿命达到900小时，已经到了技术突破的临界点。

接下来，催化剂寿命被不断延长：1150小时，6400小时，16000小时……催化剂的难关总算过去了。

在争吵中加深理解

在提高催化剂寿命的同时，试验规模也在扩大。

中试是一个承上启下、把实验室成果往工业化应用的过程，催化剂填装量从1克变成100克，放大了100倍。

“放大过程中，每个条件都会影响试验的运行结果，直接关系到试验的成功与否。”朱文良介绍，中试不同于实验室的小试研究，大家都没干过，“加上开始的试运行，共失败了4次，当时压力真的很大。”

没有啃不下来的“硬骨头”，没有闯不过去的“火焰山”。

“每次失败后，我们都会复盘，分析到底是哪个地方出现问题，应该如何避免，还有什么潜在的问题和风险，下一次试验该如何优化。”朱文良说，因为看问题的角度不同，复盘的过程中，团队成员经常发生争论，“但回头看，吵的过程也是加深理解、认清规律的过程。”

与争论相伴的，是常态化地加班讨论试验方案。

功夫不负有心人。2017年1月11日，具有我国自主知识产权技术的全球首套10万吨/年煤基乙醇工业示范项目打通全流程，生产出合格无水乙醇。

党的二十大报告指出，必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，开辟发展新领域新赛道，不断塑造发展新动能新优势。

最近，全球首套20万吨/年焦炉煤气制乙醇项目已成功投产。刘中民团队在煤基乙醇这条新“赛道”上奋力奔跑，跑出了新动能新优势！

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