光明日报海口9月10日电(记者王晓樱 通讯员张阳) 记者日前从海南大学获悉,该校海洋清洁能源创新团队研发的新型催化体系,可在仅70℃的温和条件下,将气态甲烷高效转化为高附加值的液体甲醇,为我国可燃冰资源就地利用提供了具有自主知识产权的技术方案,也标志着我国在低温催化领域取得实质性突破。相关成果近期发表在国际学术期刊《自然·通讯》上。

 海南大学海洋科学与工程学院副研究员邓培林介绍,可燃冰是21世纪最具商业开发价值的战略能源之一,其主要成分甲烷是一种高密度、低碳的能源分子,但由于其分子结构极其稳定,碳氢键难以在温和条件下断裂,转化过程长期面临技术瓶颈。传统工业方法需在超过1000℃高温和50个大气压的高压条件下进行,不仅能耗巨大,还容易导致甲烷过度氧化为二氧化碳,造成资源浪费和环境污染。而甲醇常温下为液体,便于储存和运输,既是重要的基础化工原料,也可用作为船舶、汽车等领域的清洁燃料。如何在温和条件下实现甲烷向甲醇的高效、绿色转化,是国际催化化学领域公认的难题。

 为攻克这一难关,海南大学团队将突破口放在催化剂上。他们发现,通过对催化剂晶面进行精密“装修”,即使在较低温度下也能高效“唤醒”甲烷分子,并快速释放生成的甲醇,避免其被进一步氧化为二氧化碳。研究人员还通过引入金原子调控催化剂的电子结构和表面活性位点,使其在70℃下即可实现甲烷活化与甲醇脱附的同步进行。

 该技术实现了两个关键突破:一是将传统反应所需的高温环境显著降至70℃,显著降低能耗与操作风险;二是达到了近100%的转化选择性,甲醇生成几乎“零副产”,有效避免资源浪费。邓培林表示,该新型催化体系具备温和反应条件、持续催化活性和高产品选择性等优势,未来可与海上可燃冰开采设备协同应用,实现在开采现场就地转化气态甲烷为液态甲醇,既规避甲烷泄漏风险,又降低运输成本。除可燃冰外,该技术还适用于天然气田、页岩气及伴生气等多种富甲烷资源的清洁利用,应用前景广阔。

 目前,该成果仍处于实验室小试阶段,团队正推进反应器放大与催化剂稳定性测试,计划在未来三至五年内完成中试示范装置落地,并逐步推进产业化落地。

 “我们的目标是让这项核心技术真正落地海南,打造‘陆海联动’的清洁能源转化示范基地。”邓培林表示,面向未来,研究团队将持续推动催化材料规模化制备及产业转化进程,力争在甲烷绿色催化领域实现中国引领,为全球能源转型贡献“海南智慧”和“中国方案”。