高科技“点金术”:碳转化 苏州C4X团队入围碳X大奖赛世界十强_苏州民生_新闻中心_苏州新闻网

高科技“点金术”:碳转化 苏州C4X团队入围碳X大奖赛世界十强

  宋维宁(中)与两位加拿大院士是合作伙伴。  □李跃辉 摄

宋维宁(中)与两位加拿大院士是合作伙伴。 □李跃辉 摄

北京时间4月9日晚,未来能源峰会在美国纽约举行,来自苏州的绿碳环保-C4X团队作为中国唯一代表队,参加国际NRG COSIA碳X大奖赛决赛发布及颁奖活动。

由江苏省“双创”人才、姑苏领军人才、归国博士宋维宁,国家青年“千人计划”人才、中科院兰州化学物理研究所苏州研究院李跃辉博士等联手组建的二氧化碳捕获、转化团队,以“碳经济”为驱动力,通过整合、创新国际一流技术,力求为碳减排、雾霾和环境污染治理提供全链条方案。

2017年4月29日,《苏州日报》A04版刊登了《苏州“碳”博士冲世界十强》,报道了宋维宁与“碳”结缘并组建团队参赛一事。随后,该团队落户吴中区并注册成立了苏州绿碳环保科技有限公司。

在克服初期资金紧缺的困难后,绿碳公司研发的二氧化碳捕获转化系统通过了美国碳X大奖赛验收组的现场评审,成功入围世界十强。

探索“碳经济”同时找到基本消除雾霾的方法

“虽然小有成就,可是如何做出更大的贡献,造福人类,是我一直在思考的问题。”在去年的采访中,宋维宁说出了自己努力的方向。如今,他离这个“小目标”更近了一步。

宋维宁是重庆走出来的“学霸”,大学毕业于北大,研究生就读于清华,后又远赴加拿大攻读博士、博士后,对各种新材料及制造加工到终端应用产业链很有研究。

昨天,记者连线了仍在纽约参加活动的宋维宁,他对C4X团队成员、吴中区以及本报的支持表示感谢。交流中,宋博士明显比去年更有底气。入围世界十强,对他来说不仅是获得了参加碳X大奖赛决赛的机会,更是让曾经的纸上谈兵有了成为现实的可能,在X大奖赛“变不可能为可能”的路上迈出了第一步。

碳排放和雾霾是中国面临的两大环保问题,未经处理的二氧化碳直排进入大气,将加剧温室效应。以参加大赛为契机,C4X团队积极响应国家对大气重污染成因和治理开展集中攻关的号召,将公司取名为“绿碳”,通过把热电厂、水泥厂、炼钢厂、石灰厂等烟气里的二氧化碳捕获,转化成甲醇、乙二醇、发泡材料等可以实际应用的产品,开创中国的绿色“碳经济”。

2017年5月,绿碳公司成立,C4X 团队正式“安家”。这个17人的精英团队由中国和加拿大优秀的核心技术、管理和营销团队组成,包含1名中国科学院院士、1名加拿大工程院院士、3名国家青年“千人计划”人才、8名海归及外籍博士教授。整合30多年来能源、环保、化工、新材料、机械、建筑、汽车、轻工八大领域的研究应用成果,服务于团队科研工作。

各成员分工明确:国家青年“千人计划”人才李跃辉教授负责二氧化碳催化新技术研发,中科院丁奎岭院士和加拿大“纳米化学之父”Ozin院士、夏春谷教授、浙大方梦祥教授是二氧化碳捕获、转化和应用的顾问。目前,团队已与国家碳基合成与选择氧化、金属有机化学、精细化工、能源清洁利用等4个国家重点实验室展开合作。

“2015年中国二氧化碳排放约106亿吨,如果将这些二氧化碳全都转化成甲醇和乙二醇等产品,可达到数十万亿元产值,开创新的‘碳经济’。”宋维宁表示,“碳经济”不仅效益高,而且在实际应用中,还可以起到基本消除雾霾的作用。

高效转化二氧化碳可产生超过发电20倍的收益

“二氧化碳是造成温室效应和众多环保问题的主要原因,虽然和雾霾没有直接关系,但是大量燃煤产生的烟气里,和二氧化碳一同排放的二氧化硫、氮氧化物和颗粒物,是造成雾霾的一大原因。”宋维宁介绍,截至2017年底,中国仍然有62%的能源来自燃煤。热电厂燃煤产生的有害气体和颗粒物主要通过脱硫脱硝进行处理。大型国企电厂都已经实现了超低排放,不过,部分小企业并没有按照要求开启环保装置。2017年,全国使用了近40亿吨煤。

对此,C4X团队的解决方案是,所有的热电厂、天然气电站、工厂产生的烟气不再直接排放,二氧化碳以及二氧化硫、氮氧化物和颗粒物等污染物都经过一套捕获、转化和应用系统进行处理,实现污染物零排放。宋维宁解释:“这套系统有近10道工序,可以把各种气体根据临界条件、酸碱性不同一一分离,再进行循环使用。”

在此过程中,产生最多的二氧化碳可转化应用于甲醇、乙醇、汽油等燃料,乙二醇、芳烃等化工产品,发泡塑料、水泥和玻璃等建材的生产。水蒸气收集后冷却成水,经过电解可产生氢气。二氧化碳先转化生成碳酸乙烯酯,在纳米催化剂的作用下与氢气反应生成甲醇和乙二醇。

高效、节能、经济是这项技术的核心。该团队凭借国际领先的捕获和转化技术,能够在生产甲醇时联产乙二醇,是目前世界上在二氧化碳化学转化方面经济性最好的技术路线之一。

据测算,一吨标煤能实现约3300度、1500元产值的发电量,同时排放2.64吨二氧化碳和几十公斤的污染物。经过捕获和转化,扣去成本可产生价值3.24万元的甲醇和乙二醇。按照当前的入网电价,光“碳经济”就能带来20倍以上的收益。

“我们的方案与现有的脱硫脱硝最大差别是,把排放到大气中的二氧化碳捕获、提纯、转化并加以利用,从而创造出巨大的经济价值。”宋维宁说道,相比而言,“每吨煤零排放需要的几百元污染物处理费根本不值一提,还能从源头减少雾霾的形成。”

愿意在苏开拓二氧化碳产品的“试验田”

X大奖赛基金由美国奇点大学联合创始人彼得·迪曼蒂斯创立,目标是通过高额奖金吸引科研团队参与,解决全人类急需解决的问题。与诺贝尔奖注重前沿理论研究不同,X大奖赛侧重产业实现,除了项目技术水平外,也考量实际应用的经济效益。

2017年1月,美国最大能源公司NRG与日本一公司合建工厂,每年能从一座煤电站捕获180万吨二氧化碳(相当于排放总量的10%),每天将5200吨二氧化碳注入一个130公里外、1938年开采的老油田,用气体将岩石缝里的石油挤压出来,使该油田获得新生,每天采油量从500桶增至15000桶。

不过,通过注入二氧化碳开采石油成本很大,核算下来一桶油的成本要七八十美元,高于如今的市场价。因此仅捕获二氧化碳是不够的,必须转化。而NRG公司就是碳X大奖赛主要赞助商之一。

碳X大奖赛(NRG COSIA Carbon XPRIZE)启动于2015年,计划2020年结束。决赛根据不同烟气特点设两个赛场,分别在美国的煤电厂和加拿大的天然气电厂进行运营验证,并将分别选出一支冠军队,各获750万美元奖金。鉴于国内燃煤电厂居多的现状以及处理燃煤电厂烟气更困难的特点,宋维宁的团队选择了燃煤电厂二氧化碳捕获转化路线。

在颁奖前,加拿大联邦政府环境与气候变化部部长凯瑟琳·麦肯纳专程接见了宋维宁。她认为环保与经济发展可以是不矛盾的,并表达了对中加合作的C4X团队及二氧化碳转化利用技术的认可。

目前,C4X团队的二氧化碳捕获转化系统分别设在浙大及中科院兰州化学物理研究所白银基地。2017年11月,大赛验收组来到两个基地,对两套设备各进行72小时连续运行测量,实测每天捕获超过1.5吨二氧化碳,捕获率93%、转化率91.5%。高效的捕获率和转化率,以及近千吨的年产量是团队晋级决赛的关键。

接下来,团队将一面备战决赛,另一方面与企业寻求合作,尽快实现产业化。目前,已经有矿业方面的大型集团愿意与绿碳环保公司合作。宋维宁表示,如果有机会,公司愿意在苏开拓二氧化碳产品的“试验田”,让苏州的天更蓝。

【解码“黑科技”】

C4X团队采用的是中科院核心技术“纳米催化剂直接转化二氧化碳为甲醇和乙二醇”,同时采用国际上先进的超临界二氧化碳微观发泡技术,用二氧化碳生产超轻发泡建材。

“用超临界二氧化碳生产的超轻发泡建材,每立方米的重量在30至100公斤,发泡效率是普通PVC塑料发泡产品的14至47倍。而每立方米该发泡材料可销售1000元,这样,产品的经济性得到了成倍的放大。”宋维宁介绍,同样的技术还可以生产超临界二氧化碳发泡水泥、玻璃等高性能材料,应用前景广泛。

用纳米催化剂把二氧化碳直接转化为甲醇和乙二醇代表着中国国家技术水平。据统计,现在中国每年二氧化碳排放约106亿吨,如果将这些二氧化碳全都转化成甲醇和乙二醇,可达到78万亿元产值;若仅转化国内大型热电厂排放二氧化碳的30%,也能达到7.7万亿元规模。

□苏报驻吴中区首席记者 范易

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[责任编辑:小薇]
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