白馬湖實(shí)驗(yàn)室里的“捕碳高手”，只為將低碳進(jìn)行到底

“讓我們共同見(jiàn)證這一輝煌的時(shí)刻，潮起亞細(xì)亞！”

時(shí)間回溯到2023年9月23日晚，杭州亞運(yùn)會(huì)開(kāi)幕式上，熊熊燃燒的主火炬，點(diǎn)燃了這場(chǎng)體育盛事的激情。

火炬點(diǎn)燃的瞬間，白馬湖實(shí)驗(yàn)室二氧化碳捕集及利用（CCUS）團(tuán)隊(duì)的科研人員劉飛心潮澎湃。作為第19屆杭州亞運(yùn)會(huì)主火炬燃料研發(fā)團(tuán)隊(duì)的一員，在他的心里，這把火點(diǎn)燃了整個(gè)亞運(yùn)的“綠色高光”。

在萬(wàn)眾矚目的亞運(yùn)會(huì)開(kāi)幕式上展現(xiàn)自己的科研成果，是什么感受？

“非常驕傲。” 劉飛坦言，“我們的燃料綠色環(huán)保，應(yīng)用到主火炬上，十分契合杭州亞運(yùn)會(huì)‘綠色’的辦賽理念，可以說(shuō)是水到渠成，這是一個(gè)向全世界展示我們低碳技術(shù)的‘契機(jī)’?！?/p>

2023年9月23日，杭州亞運(yùn)會(huì)主火炬被點(diǎn)燃。 圖源：新華社

亞運(yùn)主火炬背后的“零碳黑科技”

杭州亞運(yùn)會(huì)主火炬燃料使用了廢碳再生的綠色甲醇，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)內(nèi)的零碳排放。雖然綠色甲醇的技術(shù)在全球已經(jīng)比較成熟了，但是使用它作為杭州亞運(yùn)會(huì)主火炬的燃料，不僅在亞運(yùn)歷史上是第一次，在全球大型體育賽事上也是首次。

亞運(yùn)火炬新燃料背后離不開(kāi)一項(xiàng)名為“碳捕集”的“黑科技”助力。劉飛正是這一“零碳黑科技”團(tuán)隊(duì)的一員。

劉飛 潮新聞 李曉旭 攝

早上9點(diǎn)，記者來(lái)到白馬湖實(shí)驗(yàn)室。辦公室大門(mén)外放著團(tuán)隊(duì)的技術(shù)應(yīng)用與成果展示大屏，屏幕上展示著綠色甲醇的應(yīng)用，亞運(yùn)會(huì)主火炬、火力發(fā)電設(shè)備、工業(yè)窯爐等眾多綠色成果輪番出現(xiàn)。正要去做實(shí)驗(yàn)的劉飛迎上來(lái)，面對(duì)屏幕，熟練地介紹起來(lái)，就像是在介紹自己的孩子一樣。

劉飛說(shuō)道，綠色甲醇是將二氧化碳與氫氣通過(guò)熱催化反應(yīng)合成的。白馬湖實(shí)驗(yàn)室就是利用碳捕集技術(shù)，將燃煤電廠尾部煙氣中的二氧化碳進(jìn)行捕集回收，并加以利用，從而生成零碳的綠色甲醇。

何為“碳捕集”？二氧化碳正對(duì)全球氣候變暖造成不可忽視的影響。在燃煤電廠、化工廠排放的廢棄煙氣中有大量的二氧化碳，碳捕集需要做的就是從含有多種氣體的煙氣中“篩選”出二氧化碳，以供二次利用。

這項(xiàng)技術(shù)的核心之一，就是研發(fā)出高效率、低能耗的碳捕集材料。多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外一直在研究這項(xiàng)技術(shù)突破的關(guān)鍵，從文獻(xiàn)調(diào)研、分子構(gòu)效關(guān)系研究開(kāi)始，到實(shí)驗(yàn)室搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)、實(shí)驗(yàn)測(cè)試……從2021年起，劉飛所在的團(tuán)隊(duì)一直從事高性能碳捕集材料的研發(fā)工作。

“一天下來(lái)，身上的汗是濕透了又干，干透了又濕?！?月份的杭州，悶熱至極。那時(shí)候，剛開(kāi)發(fā)了捕集材料的劉飛，常常需要穿著長(zhǎng)袖實(shí)驗(yàn)服，在室外進(jìn)行著中試平臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)證?！叭绻麑?shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)達(dá)到預(yù)期，還要再重回起點(diǎn)，就這樣干了兩個(gè)禮拜?！?/p>

劉飛說(shuō)：“每生產(chǎn)一噸綠色甲醇可以消納1.375噸二氧化碳，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳資源化利用和廢碳再生。”就像開(kāi)頭提到，這是第一次在體育盛會(huì)上使用綠色甲醇來(lái)做主火炬燃料，這一變化，體現(xiàn)了人類(lèi)對(duì)于綠色能源的極致追求。

是“捕碳高手”，也是“安裝高手”

“實(shí)驗(yàn)是科學(xué)之王”，在實(shí)驗(yàn)研究中流傳著這樣一句話。想要追求極致的綠色能源，實(shí)驗(yàn)可少不了。

上午，劉飛穿上白大褂，一頭扎進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室里很安靜，劉飛和同事專(zhuān)注地進(jìn)行著精細(xì)的實(shí)驗(yàn)。他一點(diǎn)點(diǎn)調(diào)試著實(shí)驗(yàn)設(shè)備的參數(shù)，記錄下每次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。

劉飛和同事正在做實(shí)驗(yàn)，左一為劉飛。 白馬湖實(shí)驗(yàn)室供圖

被調(diào)試的實(shí)驗(yàn)設(shè)備并不起眼，甚至有些簡(jiǎn)陋。二氧化碳捕集實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)上搭了一個(gè)三層金屬架，架子里是各種實(shí)驗(yàn)儀器的組裝，外接的實(shí)驗(yàn)管被黑色泡沫和透明膠帶包裹著，十分“不拘小節(jié)”。面對(duì)自己做實(shí)驗(yàn)的“家伙”，劉飛率滿是自豪地說(shuō)：“別看它看起來(lái)普通，這可是我們用很多零件自己拼起來(lái)的?！蹦壳?，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有針對(duì)負(fù)載二氧化碳捕集材料同時(shí)測(cè)試傳質(zhì)速率和平衡分壓的碳捕集實(shí)驗(yàn)設(shè)備，眼前這套設(shè)備的每一個(gè)組件都是團(tuán)隊(duì)親手安裝的。光是一個(gè)循環(huán)水的感應(yīng)器，團(tuán)隊(duì)就已經(jīng)改進(jìn)了近十次。

劉飛掏出之前嘗試過(guò)的管子向記者展示。眼前，不同口徑、不同薄厚、不同光滑度……僅是被淘汰下來(lái)的感應(yīng)器就擺滿了一個(gè)紙盒。

劉飛團(tuán)隊(duì)自己搭的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。 潮新聞 李曉旭 攝

不斷嘗試與更迭，從設(shè)備創(chuàng)新開(kāi)始，如今團(tuán)隊(duì)的技術(shù)已經(jīng)走出了實(shí)驗(yàn)室，應(yīng)用到廣闊的天地間。

在浙能蘭溪電廠，由白馬湖實(shí)驗(yàn)室參與建設(shè)的二氧化碳捕集利用工程技術(shù)驗(yàn)證示范平臺(tái)已經(jīng)投入使用，它的雛形就來(lái)自劉飛所在團(tuán)隊(duì)。“蘭溪電廠的碳捕集平臺(tái)需要實(shí)驗(yàn)室‘拼裝設(shè)備’來(lái)進(jìn)行平臺(tái)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可以說(shuō)是我們實(shí)驗(yàn)設(shè)備的‘放大版’，能使二氧化碳‘變廢為寶’?！眲w說(shuō)。

“用當(dāng)下最熱門(mén)的‘新質(zhì)生產(chǎn)力’來(lái)說(shuō)，”劉飛坦言：“對(duì)很多人而言，這可能還是個(gè)新詞匯，但對(duì)我來(lái)說(shuō)，它就是我一直在做的事情”。

白馬湖實(shí)驗(yàn)室位于蘭溪的分基地（二氧化碳捕集與利用研究試驗(yàn)基地） 白馬湖實(shí)驗(yàn)室供圖

將低碳進(jìn)行到底

據(jù)了解，如今蘭溪電廠每年可從燃煤電廠煙氣中捕集二氧化碳1.5萬(wàn)噸，用于礦化制備加氣磚、熱/電催化轉(zhuǎn)化制備綠色燃料和化學(xué)品等。

蘭溪電廠的成功讓團(tuán)隊(duì)接下了更大的“單子”，研究領(lǐng)域也拓展到了船舶。但由于電廠和船舶領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景不同，所面臨的挑戰(zhàn)也不一樣?！按翱臻g更小，就需要材料在同等體積下能夠吸收更多的二氧化碳。”劉飛解釋。

研究的過(guò)程并非一帆風(fēng)順。一開(kāi)始，團(tuán)隊(duì)嘗試了幾種不同的材料以改進(jìn)二氧化碳吸收容量，但都未達(dá)預(yù)期效果。去年底，劉飛花了兩、三個(gè)月時(shí)間投入在材料的研究中，不斷試錯(cuò)讓他終于找到了有機(jī)溶劑體系的材料方向。

往常的處理工藝中，會(huì)將水和相關(guān)材料混合起來(lái)，用于吸收二氧化碳。在船舶領(lǐng)域中，團(tuán)隊(duì)建立新的體系，將水換成了有機(jī)溶劑，最終在提高二氧化碳捕集效率的同時(shí)，降低了捕集能耗。

劉飛表示，從電廠到船舶的“轉(zhuǎn)型”研究，是能源企業(yè)推進(jìn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要技術(shù)選擇，也是對(duì)低碳、低能耗探究的又一進(jìn)步。

劉飛正在做實(shí)驗(yàn)。 潮新聞 李曉旭 攝

“我國(guó)綠色能源的快步發(fā)展離不開(kāi)‘雙碳’目標(biāo)的重大戰(zhàn)略決策，碳捕集、利用與封存技術(shù)是實(shí)現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)的托底性技術(shù)?！眲w告訴記者，為應(yīng)對(duì)氣候變化，推動(dòng)以二氧化碳為主的溫室氣體減排，我國(guó)做出了“二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的莊重承諾。

“雙碳”目標(biāo)的“時(shí)間表”已經(jīng)出臺(tái)，要如何利用科技的力量減碳？自白馬湖實(shí)驗(yàn)室成立以來(lái)，劉飛所在CCUS團(tuán)隊(duì)就一直圍繞著“雙碳背景下二氧化碳捕集材料研發(fā)的熱點(diǎn)技術(shù)問(wèn)題”開(kāi)展研究，作為“綠色守護(hù)者”，一直在努力將低碳進(jìn)行到底。

談及未來(lái)的研究方向，劉飛坦言：“我們希望往兩個(gè)研究方向努力，一個(gè)是通過(guò)新材料技術(shù)研發(fā)和規(guī)?；糯螅M(jìn)一步降低二氧化碳捕集成本，然后推動(dòng)CCUS的發(fā)展。另外一個(gè)是通過(guò)二氧化碳的綠色轉(zhuǎn)化，生產(chǎn)出一些高價(jià)值產(chǎn)品，解決二氧化碳利用困難的難題，從而使CCUS形成一個(gè)綠色低碳的產(chǎn)業(yè)鏈?！?/p>

白馬湖實(shí)驗(yàn)室供圖