科學家解鎖可燃冰轉(zhuǎn)化新通道

來源：光明日報2025-09-11

記者日前從海南大學獲悉，該校海洋清潔能源創(chuàng)新團隊研發(fā)的新型催化體系，可在僅70℃的溫和條件下，將氣態(tài)甲烷高效轉(zhuǎn)化為高附加值的液體甲醇，為我國可燃冰資源就地利用提供了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)方案，也標志著我國在低溫催化領(lǐng)域取得實質(zhì)性突破。相關(guān)成果近期發(fā)表在國際學術(shù)期刊《自然·通訊》上。

海南大學海洋科學與工程學院副研究員鄧培林介紹，可燃冰是21世紀最具商業(yè)開發(fā)價值的戰(zhàn)略能源之一，其主要成分甲烷是一種高密度、低碳的能源分子，但由于其分子結(jié)構(gòu)極其穩(wěn)定，碳氫鍵難以在溫和條件下斷裂，轉(zhuǎn)化過程長期面臨技術(shù)瓶頸。傳統(tǒng)工業(yè)方法需在超過1000℃高溫和50個大氣壓的高壓條件下進行，不僅能耗巨大，還容易導致甲烷過度氧化為二氧化碳，造成資源浪費和環(huán)境污染。而甲醇常溫下為液體，便于儲存和運輸，既是重要的基礎(chǔ)化工原料，也可用作為船舶、汽車等領(lǐng)域的清潔燃料。如何在溫和條件下實現(xiàn)甲烷向甲醇的高效、綠色轉(zhuǎn)化，是國際催化化學領(lǐng)域公認的難題。

為攻克這一難關(guān)，海南大學團隊將突破口放在催化劑上。他們發(fā)現(xiàn)，通過對催化劑晶面進行精密“裝修”，即使在較低溫度下也能高效“喚醒”甲烷分子，并快速釋放生成的甲醇，避免其被進一步氧化為二氧化碳。研究人員還通過引入金原子調(diào)控催化劑的電子結(jié)構(gòu)和表面活性位點，使其在70℃下即可實現(xiàn)甲烷活化與甲醇脫附的同步進行。

該技術(shù)實現(xiàn)了兩個關(guān)鍵突破：一是將傳統(tǒng)反應(yīng)所需的高溫環(huán)境顯著降至70℃，顯著降低能耗與操作風險；二是達到了近100%的轉(zhuǎn)化選擇性，甲醇生成幾乎“零副產(chǎn)”，有效避免資源浪費。鄧培林表示，該新型催化體系具備溫和反應(yīng)條件、持續(xù)催化活性和高產(chǎn)品選擇性等優(yōu)勢，未來可與海上可燃冰開采設(shè)備協(xié)同應(yīng)用，實現(xiàn)在開采現(xiàn)場就地轉(zhuǎn)化氣態(tài)甲烷為液態(tài)甲醇，既規(guī)避甲烷泄漏風險，又降低運輸成本。除可燃冰外，該技術(shù)還適用于天然氣田、頁巖氣及伴生氣等多種富甲烷資源的清潔利用，應(yīng)用前景廣闊。

目前，該成果仍處于實驗室小試階段，團隊正推進反應(yīng)器放大與催化劑穩(wěn)定性測試，計劃在未來三至五年內(nèi)完成中試示范裝置落地，并逐步推進產(chǎn)業(yè)化落地。

“我們的目標是讓這項核心技術(shù)真正落地海南，打造‘陸海聯(lián)動’的清潔能源轉(zhuǎn)化示范基地。”鄧培林表示，面向未來，研究團隊將持續(xù)推動催化材料規(guī)模化制備及產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化進程，力爭在甲烷綠色催化領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)中國引領(lǐng)，為全球能源轉(zhuǎn)型貢獻“海南智慧”和“中國方案”。

編輯：郭超