上海綠色制造展關注到，在化工行業邁向深度脫碳的關鍵時期，一項源自基礎研究領域的革命性調控技術，正為傳統高排放工藝的綠色轉型帶來顛覆性可能。展會了解到，中國科學院與北京大學的研究團隊通過一項被稱為“分子開關”的痕量鹵素調控策略，成功將鐵基費托合成工藝中的二氧化碳副產物含量從約30% 降至1% 以下，同時將高附加值烯烴產率提升至85% 以上。這項以百萬分之一濃度氣體實現“近零碳”轉化的技術，標志著通過分子尺度的精準干預來重塑核心工業反應路徑，已成為驅動化工產業綠色化升級的前沿趨勢。

一、技術突破：以“分子開關”精準調控百年化學反應

費托合成是將合成氣（一氧化碳與氫氣）轉化為液體燃料和高值化學品（如烯烴）的百年核心工藝，其中超過三分之二的工業裝置使用成本較低的鐵基催化劑。然而，該工藝存在一個百年難題：反應過程中極易觸發水氣變換副反應，導致高達30% 的碳原子轉化為無價值的二氧化碳，造成嚴重的碳排放和碳資源浪費。研究團隊的突破在于，無需更換催化劑或改造生產線，僅在反應氣體中注入百萬分之一濃度的鹵素化合物（如溴甲烷）。這一微量組分如同“動態調控者”，能在催化劑表面精準地“堵住”生成二氧化碳的反應路徑，同時引導更多的碳原子高效聚合生成烯烴，將碳資源利用率提升至前所未有的水平。

二、核心優勢：“輕插拔式”改造與碳原子經濟性革命

該技術策略之所以備受關注，源于其帶來的三大范式轉變：

極致的碳原子經濟性：通過“關閉”主要的副反應通道，將碳原子幾乎全部導向目標產物烯烴（產率85% 以上），實現了從“犧牲性排放”到“近乎全利用”的根本性轉變，為化工過程大幅減碳提供了分子層面的解決方案。

“輕插拔式”的改造路徑：與許多需要推倒重建的顛覆性技術不同，該策略具有極高的工程便利性。它無需更換現有工業催化劑，也無需對反應裝置進行大規模改造，只需在進氣端增加微量鹵素的精準注入單元，即可對現有產能進行“原位”升級，極大降低了技術應用的門檻和成本。

與綠氫耦合的深度脫碳潛力：該技術的核心是優化碳的利用路徑。若與來自可再生能源的 “綠氫” 相結合，可從源頭（氫氣生產）和過程（碳高效轉化）兩個維度，為整個煤化工或合成氣化工產業鏈實現近零碳排放提供完整的技術藍圖。

三、產業展望：從實驗室邁向工業化的關鍵挑戰與未來方向

盡管前景廣闊，但這項前沿技術要真正實現工業化應用，仍需跨越一系列工程與材料科學的挑戰，這也指明了該領域未來的研發重點：

精密控制與穩定性：實現百萬分之一（ppm）級別鹵素氣體的長期、穩定、安全投料，對生產過程的自動化控制水平提出了極高要求。同時，鐵基催化劑在鹵素環境下的長期耐鹵穩定性（數千小時運行）需要系統驗證。

技術普適性與系統集成：策略需要針對不同來源、不同雜質組成的合成氣原料進行普適性優化。未來的研發方向包括：開發更安全可控的固體鹵源或可回收助劑體系；利用人工智能與高通量計算，篩選更多可替代鹵素的“輕摻雜”調控分子，以實現對復雜反應網絡的更智能、更精確的操控。

上海綠色制造展認為，這項研究的意義遠超一項具體的工藝改進。它代表了綠色制造的一個高階形態：即通過基礎科學的原始創新，對傳統工業的核心反應進行“重寫算法”，從而在分子層面實現能源與資源利用效率的躍遷。這為鋼鐵、水泥等高碳排行業的工藝革新提供了全新的思路借鑒。展會持續關注并致力于連接此類處于產業化前夜的變革性、平臺型綠色技術，它們不僅是實現“雙碳”目標的硬核科技支撐，更是未來產業競爭中獲得戰略性優勢的關鍵所在。

來源：中國科學院官網（轉載自《科技日報》）

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