來源：《人民日報》第13版 文化
發(fā)布時間：2023-04-10
包信和院士在調(diào)試氣氛掃描隧道顯微鏡。謝震霖攝
加強基礎(chǔ)研究，是實現(xiàn)高水平科技自立自強的迫切要求，是建設(shè)世界科技強國的必由之路。近年來，我國堅持目標(biāo)導(dǎo)向和自由探索并舉布局基礎(chǔ)研究，取得了一批重大原創(chuàng)成果。
當(dāng)前，不論是攻克“卡脖子”難題，還是開辟發(fā)展新領(lǐng)域新賽道、不斷塑造發(fā)展新動能新優(yōu)勢，都更加需要將目標(biāo)導(dǎo)向和應(yīng)用牽引擺在更重要的位置，從經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和國家安全面臨的實際問題中凝練科學(xué)問題。
目標(biāo)導(dǎo)向如何牽引基礎(chǔ)研究，與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用有什么關(guān)系，如何讓目標(biāo)導(dǎo)向基礎(chǔ)研究越做越好？記者走進(jìn)北京、大連、合肥等地的科研團(tuán)隊，在創(chuàng)新故事中探尋答案。
實現(xiàn)煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化，大連化學(xué)物理研究所包信和院士團(tuán)隊——明確攻關(guān)方向 另辟應(yīng)用賽道
在陜西榆林，一套低碳烯烴工業(yè)試驗裝置備受產(chǎn)業(yè)界關(guān)注。“從合成氣一步生產(chǎn)烯烴，這是全球首套。”潘秀蓮有些自豪。
潘秀蓮是中科院大連化學(xué)物理研究所研究員、包信和院士團(tuán)隊成員。她曾在大連實驗室和榆林之間頻繁奔波，對這套裝置分外有感情：“這是在理論基礎(chǔ)上結(jié)出的果實，團(tuán)隊為此努力了20多年?！?/p>
烯烴是重要的基礎(chǔ)化學(xué)品，主要從石油中提煉。我國貧油、少氣，煤相對豐富，以煤為原料直接制備烯烴，有助于減輕對進(jìn)口石油的依賴。
過去近百年，煤制烯烴普遍采用費托合成技術(shù)。然而，受限于作用原理，費托路線制低碳烴的選擇性理論極限只有58%，且生產(chǎn)過程耗水、耗能高，還釋放大量二氧化碳，無法做到煤炭清潔利用。
有沒有方法突破選擇性極限，實現(xiàn)一步高效制取低碳烯烴？“實現(xiàn)煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化很重要，科技要為國家重大需求提供支撐?！敝锌圃涸菏堪藕土⒅竟リP(guān)。找準(zhǔn)科學(xué)問題，明確攻關(guān)方向，他帶領(lǐng)團(tuán)隊，通過表界面結(jié)構(gòu)調(diào)控的方法催化機(jī)理，提出了“納米限域催化”新概念。經(jīng)驗證，該理論具有較強解釋力，催化反應(yīng)的神秘面紗逐漸被揭開。
由此出發(fā)，他們創(chuàng)制了一種新型催化劑體系，從原理上摒棄傳統(tǒng)費托合成路線，實現(xiàn)了高選擇性一步制取低碳烯烴。
探索歷程并不平坦。很長一段時間內(nèi)，反應(yīng)機(jī)理與催化過程的驗證實驗總得不到理想的結(jié)果。問題出在材料、方法還是操作上？許多瑣碎但關(guān)鍵的問題困擾他們。
用新路線制備烯烴，還得過“經(jīng)濟(jì)關(guān)”，企業(yè)才有積極性，這對催化效率提出了更高要求。包信和團(tuán)隊成員、大連化物所研究員傅強花費了大量時間，鉆研、闡釋催化機(jī)制。為更好觀察催化現(xiàn)象，他設(shè)計了一些新儀器并發(fā)展了系列新方法，帶領(lǐng)團(tuán)隊做進(jìn)一步研究。
“從0到1”的大突破，往往來自許多“從0到1”的小積累?；仡?0多年科研歷程，包信和表示，“煤制烯烴新路徑目標(biāo)，驅(qū)動著團(tuán)隊解決一個個困難?！?/p>
“基礎(chǔ)研究有的放矢，成果推向應(yīng)用就會有扎實的成效?！卑藕驼f。確信新技術(shù)路線可行后，包信和團(tuán)隊與大連化物所劉中民院士團(tuán)隊以及陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司合作，建成了世界首套千噸級規(guī)模的煤經(jīng)合成氣直接制低碳烯烴工業(yè)試驗裝置。
業(yè)界專家評價，該技術(shù)邁向產(chǎn)業(yè)化，將為我國進(jìn)一步擺脫對原油進(jìn)口的依賴，實現(xiàn)煤炭清潔利用提供一條新路線?！斑@個點子為什么我們沒先想到？”了解包信和團(tuán)隊思路后，德國某著名跨國化學(xué)公司的資深專家感慨。
2019年，該裝置完成單反應(yīng)器試車，低碳烯烴選擇性優(yōu)于75%；2020年成功完成工業(yè)全流程試驗，正加速工程化轉(zhuǎn)化和工業(yè)示范……從實驗室到工廠，“納米限域催化”研究實現(xiàn)了從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用工程的跨越。
“在實驗室，催化劑可能只需1克，在工廠工業(yè)試驗，催化劑則要1噸。任何一個環(huán)節(jié)微小的差異，都可能給示范項目造成很大損失。”潘秀蓮說，工業(yè)試驗項目進(jìn)展順利，得益于不同團(tuán)隊的協(xié)同攻關(guān)，也源于扎實的基礎(chǔ)研究，“對催化機(jī)理了解越清楚，做工程應(yīng)用自然就越有信心?！?/p>
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