刘歆颖院士讲述碳中和背景下的碳基燃料生产 丁元贺摄影

【本站讯】4月30日，非洲科学院院士、南非大学催化与能源研究所所长刘歆颖教授做客第88期黄岛讲坛，作题为“碳中和背景下的碳基燃料生产”的学术报告。

刘歆颖以萨索尔公司（SASOL，世界上进行大规模煤液化生产合成燃料的国际公司）煤化工技术的发展历程为切入点，引入碳中和背景下煤化工企业的发展思路。他指出，萨索尔公司目前碳源的90%来源于煤炭，10%来源于天然气，由于煤产油过程中需要补氢，造成碳的浪费，可以通过增加天然气含量，达到碳减排的效果；到碳中和发展的中后期，天然气的使用将逐渐被绿氢替代，公司最终转变成以绿氢和碳捕集为原料的生产企业。

刘歆颖表示，氢能转型过程具有极大挑战，首先是目前的技术尚不成熟，例如大规模电解、生物质气化、空气碳捕集等技术仍需发展；二是电动汽车的发展迅速，会对燃料市场造成重大冲击；三是氢能经济的实现路径、规划尚不清晰；四是转型过程的可行性难以评估。他认为，即使在21世纪中后期实现碳中和，电力和氢能在运输行业中的占比显著增加，但碳基燃料仍然很难被替代，比如在交通运输行业中的航空燃料、远洋航海、燃油汽车等，同时，化学品生产过程中液体燃料仍是必需品，因此需要寻求化石能源之外的碳基燃料的生产路径。

刘歆颖提出，在碳中和背景下，不仅需要使用新能源电力产生的绿氢，也要寻找绿色碳资源。其中最广泛的绿碳就是生物质资源，但是由于化学工业也同样面临碳减排压力，以燃料为目的的生物质能源产品很可能无法与清洁化学品竞争，导致没有足够的原料进行绿色碳资源生产，因此捕集二氧化碳未来将成为燃料用绿碳的主要来源。他认为，在未来绿色燃料以及化学品的生产中，可以方便利用二氧化碳和氢气、产出多种烃类和醇类化学品的费托合成会占据重要地位。由于新能源资源的分散特征，导致绿氢、绿碳的供应都无法低成本地实现千万吨级的单点供应。因此，需要重新审视目前的费托合成巨型工厂的设计，为中小规模生产的费托合成工厂设计提供了新的设计思路。

通过分析煤液化企业各个工段的投资情况，刘歆颖发现造气部分占总投资的80%，而合成部分仅占10%~15%，可以通过简化费托合成工艺降低前端气体的影响，从而降低前端投资，降低总投资强度。他强调，在简化费托合成工艺的过程中，通过提高转化率和重烃选择性，可以去除循环，其中：未转化的合成气和轻烃可用于提供能源（热或电），由于没有再循环，因此不必再使用纯氧来气化；在炼油部分，可以不生产最终产品，而是通过生产合成原油并销售给炼油厂的方式去除炼油部分；在制氢部分，在低压不同温度条件下使用直接合成气体活化催化剂从而节省制氢部分。

报告结束后，刘歆颖针对在场教师、同学们提出的疑问，与我校师生展开了深入研讨。

刘歆颖，非洲科学院院士，南非大学催化与能源研究所所长，主要从事合成气转化领域的基础和应用研究，突破了煤转油及费托合成的实验室研发和工业实验，并参与、负责了多项以非传统碳资源为原料合成油品的工业实验的设计、建设和运行，近年来特别致力于分布式能源解决方案的设计和实施，实现了以生物质和捕集二氧化碳为原料进行绿色燃料和化学品合成的分布式工艺研究，探明了新能源波动性对分布式合成工艺的影响，2010年获得南非国家科技论坛创新团队奖，2021年获得南非国家基金科学团队奖，2021年入选南非科学院院士，2022年入选中国科技部火炬人才计划，2024年当选非洲科学院院士。