陳晰

我國(guó)提出二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，為全球應(yīng)對(duì)氣候變化作出積極貢獻(xiàn)?！疤歼_(dá)峰、碳中和”離不開清潔能源技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用。國(guó)家能源集團(tuán)北京低碳清潔能源研究院（以下簡(jiǎn)稱“低碳院”）煤基化學(xué)品技術(shù)研究中心高級(jí)工程師徐曉穎博士，就是一位努力為低碳清潔能源貢獻(xiàn)力量的青年科學(xué)家。

她將目標(biāo)瞄準(zhǔn)國(guó)家需求，研發(fā)出可平替進(jìn)口催化劑的高效甲醇合成催化劑，經(jīng)中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)鑒定為國(guó)際先進(jìn)水平；圍繞“雙碳”目標(biāo)，她在綠色低碳可持續(xù)甲醇領(lǐng)域主持開發(fā)適配純二氧化碳加氫制甲醇的催化劑及成套技術(shù)，助力能源領(lǐng)域低碳轉(zhuǎn)型。

在科技創(chuàng)新中顯擔(dān)當(dāng)，讓青春在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)踐中綻放絢麗之花，徐曉穎先后獲評(píng)國(guó)家能源集團(tuán)“青年科技創(chuàng)新先鋒”、國(guó)家能源集團(tuán)優(yōu)秀共產(chǎn)黨員、北京市科委“卓越工程師”、中國(guó)能源研究會(huì)能源創(chuàng)新獎(jiǎng)“優(yōu)秀青年科技工作者”等稱號(hào)。

“從0到1”的突破

走進(jìn)低碳院綠色燃料研發(fā)中心實(shí)驗(yàn)室，一塵不染的房間有序擺放著各種實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。在樣品柜中陳列著各式各樣的樣品，其中一瓶漂亮的藍(lán)綠色顆粒顯得格外醒目。徐曉穎向記者介紹，這種礦物叫孔雀石，是傳世名畫《千里江山圖》中的綠色顏料的主要成分。而孔雀石經(jīng)過(guò)一系列加工工藝，就會(huì)成為另外一種黑色的圓柱形顆粒。這就是徐曉穎帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制的MC17高效甲醇合成催化劑，主要用于甲醇的生產(chǎn)中。

煤制甲醇技術(shù)，先需要煤氣化技術(shù)將煤轉(zhuǎn)化為由一氧化碳、氫氣及少量二氧化碳組成的合成氣，合成氣通過(guò)高溫高壓，在催化劑的作用下，就會(huì)生成甲醇。一直以來(lái)，在大型甲醇生產(chǎn)中使用的都是國(guó)外的催化劑，國(guó)產(chǎn)的催化劑在逐步替換過(guò)程中，但要實(shí)現(xiàn)完全替換，難度仍比較大。國(guó)家能源集團(tuán)是全世界最大的甲醇生產(chǎn)企業(yè)和用戶。為了實(shí)現(xiàn)大型煤制甲醇催化劑的國(guó)產(chǎn)化，2015年低碳院立項(xiàng)，開始自主研發(fā)具有世界先進(jìn)水平的煤制甲醇催化劑技術(shù)。2016年1月，徐曉穎留學(xué)回國(guó)入職低碳院，加入了項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)。

徐曉穎說(shuō)，甲醇催化劑誕生至今已經(jīng)有百年的歷史，工業(yè)應(yīng)用也已經(jīng)有60年左右了，很多科研單位和企業(yè)也一直在進(jìn)行相關(guān)的研究。之所以大型甲醇生產(chǎn)中的催化劑遲遲沒有實(shí)現(xiàn)完全國(guó)產(chǎn)替代，是因?yàn)榇笮图状佳b置的投資比較大，拿180萬(wàn)噸甲醇生產(chǎn)的工業(yè)裝置為例，總投資要接近200億元，催化劑又是核心，如果因催化劑更換帶來(lái)不可控風(fēng)險(xiǎn)，帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失是比較大的。并且，不同于有些催化劑可以分批次部分更換，根據(jù)反應(yīng)情況隨時(shí)調(diào)整，甲醇合成催化劑是一次性填充，一旦失敗了就要重新卸掉換新，這樣有可能帶來(lái)數(shù)千萬(wàn)元的損失。鑒于投資高、風(fēng)險(xiǎn)大等原因，影響了甲醇合成催化技術(shù)研發(fā)的腳步。

“但這也是我們的機(jī)會(huì)”，在徐曉穎看來(lái)，敢于面對(duì)挑戰(zhàn)，是青年科技工作者的使命?！皣?guó)家能源集團(tuán)非常重視我們的研究工作，相關(guān)研發(fā)投入一直沒有中斷過(guò)，并且我們的隊(duì)伍還在不斷壯大。”

在產(chǎn)品研制期間，項(xiàng)目的牽頭專家調(diào)離，徐曉穎被委以重任，從一名團(tuán)隊(duì)成員成為帶頭人。剛剛?cè)鲱^的她感受到了前所未有的壓力，“作為項(xiàng)目帶頭人，一旦決策失誤就會(huì)把大家引向錯(cuò)誤的方向，因此要不斷地學(xué)習(xí)，讓自己盡快成長(zhǎng)?！?/p>

經(jīng)過(guò)6年的不懈努力，徐曉穎帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)完成了高效甲醇合成催化劑技術(shù)“從0到1”的突破，開發(fā)了定向控制前驅(qū)體結(jié)構(gòu)的多步連續(xù)共沉淀工藝，原創(chuàng)性地提出了控制催化劑前驅(qū)體催化結(jié)構(gòu)的慢速除水干燥工藝，創(chuàng)新了增強(qiáng)催化劑物理強(qiáng)度的干法成型工藝。

2021年12月27日，是讓徐曉穎難忘的日子。這一天召開的中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技成果鑒定會(huì)上，“MC17高效甲醇合成催化劑技術(shù)”成功通過(guò)鑒定。這也是讓徐曉穎感到最有成就感的時(shí)刻?！爸袊?guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)代表著國(guó)內(nèi)石油化工行業(yè)的最高水平，能夠得到認(rèn)可，我感到非常高興”，她感慨道，“在各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的支持、技術(shù)開發(fā)團(tuán)隊(duì)的不懈努力和合作伙伴的大力配合下，我親眼見證了一項(xiàng)技術(shù)如何逐步實(shí)現(xiàn)從無(wú)到有的質(zhì)變和從一再到多的二次量變?！?/p>

同時(shí)，徐曉穎也感到肩上的擔(dān)子更重了。不斷開拓創(chuàng)新，推動(dòng)技術(shù)繼續(xù)升級(jí)換代，成為她新的目標(biāo)。在之前的研發(fā)基礎(chǔ)上，她帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)又開始了適配“二氧化碳加氫制甲醇”的MC21型催化劑及成套技術(shù)的研究。

綠色甲醇助力“雙碳”目標(biāo)

甲醇因?yàn)楹?、氧原子，燃燒更加徹底，完全燃燒排放物中只有二氧化碳和水，且二氧化碳又是合成甲醇的原料，是世界公認(rèn)的可實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)利用的清潔燃料，但綠色甲醇對(duì)生產(chǎn)原料端要求更高一些。我國(guó)作為甲醇產(chǎn)、銷、用大國(guó)，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，以甲醇作為燃料的轎車、重卡等車型正在被廣泛應(yīng)用，甲醇柴油雙燃料船訂單也在逐年增加。

二氧化碳加氫制甲醇技術(shù)路線若想獲得國(guó)際綠色認(rèn)證，綠氫是其中的關(guān)鍵之一。徐曉穎介紹，綠氫除了用可再生能源電解水之外，還可以采用“生物質(zhì)制氫”技術(shù)：用農(nóng)林廢棄物，如秸稈、樹木減枝、動(dòng)物糞便等，經(jīng)過(guò)氣化或催化轉(zhuǎn)化制氫，與空氣中捕集來(lái)的二氧化碳在催化劑的作用下合成甲醇。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程不僅沒有增加二氧化碳的排放，而且還將大量的二氧化碳從空氣中捕集，從而實(shí)現(xiàn)“碳中和”。綠色甲醇不僅市場(chǎng)前景巨大，而且還可以享受綠色能源的產(chǎn)品溢價(jià)。

“得益于之前積累的經(jīng)驗(yàn)，催化劑產(chǎn)品的開發(fā)比較順利”，徐曉穎說(shuō)。依托北京市科委“卓越工程師”人才項(xiàng)目，她帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)完成了二氧化碳加氫制甲醇催化劑小試配方開發(fā)、噸級(jí)放大和3000小時(shí)壽命測(cè)試，工業(yè)單管模式2000小時(shí)長(zhǎng)周期壽命測(cè)試，完成了100噸/年達(dá)產(chǎn)測(cè)試，正在開展千噸級(jí)甲醇生產(chǎn)的中試測(cè)試。

杭州第十九屆亞運(yùn)會(huì)開幕式上萬(wàn)眾矚目的數(shù)字火炬手，點(diǎn)燃的就是綠色甲醇。負(fù)責(zé)研發(fā)“綠色火炬”的白馬湖實(shí)驗(yàn)室，和浙江大學(xué)等單位合作了二氧化碳生成綠色甲醇項(xiàng)目，利用可再生資源開發(fā)綠色氫氣，將煙氣中收集到的二氧化碳與綠色氫氣反應(yīng)生成綠色甲醇燃料?！斑@個(gè)項(xiàng)目在初期調(diào)試階段使用的就是我們的催化劑產(chǎn)品?！毙鞎苑f說(shuō)。目前產(chǎn)品在100噸級(jí)/年綠色低碳甲醇中試裝置完成達(dá)產(chǎn)測(cè)試，正在籌建千噸級(jí)中試，籌編10萬(wàn)噸/年工藝包。

堅(jiān)持才能跨越“死亡之谷”

從MC16 、MC17，到MC21、MC22……徐曉穎帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)將研發(fā)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了一系列的迭代。隨著能源變革在全球范圍內(nèi)深入推進(jìn)，綠色氫能源發(fā)展步入快車道。在外人看來(lái)，搶占了綠色能源的“賽道”，徐曉穎和團(tuán)隊(duì)是幸運(yùn)的，但很少有人知道，她的研發(fā)項(xiàng)目也曾經(jīng)遭遇“死亡之谷”。

第一款產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)歷了五年的時(shí)間，團(tuán)隊(duì)一度面臨著要被解散的危險(xiǎn)。徐曉穎說(shuō)，產(chǎn)品在實(shí)驗(yàn)室的小試很成功，也經(jīng)過(guò)了第三方測(cè)試機(jī)構(gòu)的檢驗(yàn)，得到很高的評(píng)價(jià)，但是遲遲不能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。在化工行業(yè)，新工藝的過(guò)程繞不開逐級(jí)放大，從實(shí)驗(yàn)室到中試再到工業(yè)示范，最后才能產(chǎn)業(yè)化。這個(gè)過(guò)程需要合適的大型生產(chǎn)裝置，需要大量的資金。

那段時(shí)間，徐曉穎不斷地走出去，和企業(yè)負(fù)責(zé)人談：“我們的催化劑做得很不錯(cuò)，各方面指標(biāo)都很好，能不能找機(jī)會(huì)用一下？”她坦言，要跟企業(yè)講清楚技術(shù)前景和優(yōu)勢(shì)，說(shuō)服他們支持建設(shè)工業(yè)規(guī)模的催化劑生產(chǎn)裝置，對(duì)一直從事技術(shù)研發(fā)工作的自己來(lái)說(shuō)，是很大的挑戰(zhàn)。

在多方溝通下，終于有國(guó)內(nèi)的一家企業(yè)同意進(jìn)行試驗(yàn)。但前提是要求雙方共同出資分擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)。徐曉穎又去爭(zhēng)取院里的支持?！半m然我們一直沒有出成果，但是領(lǐng)導(dǎo)決定最后再支持我們一次?，F(xiàn)在回頭看，頗有點(diǎn)不成功便成仁的感覺。”

之后，徐曉穎來(lái)到這家企業(yè)，并在這里安營(yíng)扎寨，開始了工業(yè)性試驗(yàn)。2019年底遭遇新冠肺炎疫情，材料運(yùn)輸、人員、生產(chǎn)都受到限制?？朔咔閹?lái)的巨大困難，徐曉穎在外地度過(guò)了200多個(gè)日夜，2020年的春節(jié)，她也是在工廠度過(guò)的。催化劑生產(chǎn)涉及嚴(yán)格的品控，在這家企業(yè)生產(chǎn)的催化劑也郵寄到北京實(shí)驗(yàn)室同步測(cè)試和開展活性評(píng)價(jià)，最終在團(tuán)隊(duì)的共同努力下，成功實(shí)現(xiàn)高效MC17甲醇合成催化劑的百噸級(jí)量產(chǎn)試生產(chǎn)。

2020年11月27日，MC17甲醇合成催化劑在江油萬(wàn)利12萬(wàn)噸/年天然氣制甲醇工業(yè)裝置上首次實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。在現(xiàn)場(chǎng)考核中，評(píng)審團(tuán)隊(duì)一致認(rèn)為 ，MC17甲醇合成催化劑在首次工業(yè)應(yīng)用中表現(xiàn)出優(yōu)異性能：在同等操作條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的低溫活性和高選擇性。2021年12月18日，中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織專家對(duì)MC17甲醇合成催化劑開展技術(shù)鑒定，在催化劑強(qiáng)度和甲醇時(shí)空收率方面處于國(guó)際先進(jìn)水平。

“此后，我們的項(xiàng)目得以繼續(xù)推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)外技術(shù)許可，慢慢地打開了局面。”回望這個(gè)過(guò)程，徐曉穎說(shuō)，“每一個(gè)新項(xiàng)目在開發(fā)過(guò)程中可能都會(huì)遭遇‘死亡之谷。我們年輕，就應(yīng)該無(wú)畏。我常常和大家說(shuō)，就算最終證明這條路走不通，大不了換一個(gè)方向再來(lái)。是大家在低谷時(shí)的共同堅(jiān)持，才實(shí)現(xiàn)了最終的突破。我深刻體會(huì)到技術(shù)開發(fā)的前行道路充滿挑戰(zhàn)，但一定要目標(biāo)明確?！?h3>做改變現(xiàn)實(shí)的事情

徐曉穎團(tuán)隊(duì)研發(fā)的催化劑產(chǎn)品除了用于甲醇合成之外，還有很多其他的用途，比如可以用來(lái)將甲醇裂解制氫，有助于破解氫能“制儲(chǔ)運(yùn)加”各環(huán)節(jié)難題。再比如，銅系催化劑經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)，形成新的聚合物，可以作為一種高端材料……因此，這個(gè)研究領(lǐng)域仍然大有可為。在催化的世界深入探索，徐曉穎先后主持北京市科委“卓越工程師”專項(xiàng)1項(xiàng)、國(guó)家能源集團(tuán)科技創(chuàng)新項(xiàng)目2項(xiàng)、低碳院自主研發(fā)項(xiàng)目2項(xiàng)，作為核心研發(fā)人員參與國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目3項(xiàng)、低碳院自主研發(fā)項(xiàng)目2項(xiàng)。發(fā)表學(xué)術(shù)論文21篇，授權(quán)發(fā)明專利6項(xiàng)，參編論著2部，參編團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)，主編團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)，獲中國(guó)質(zhì)量協(xié)會(huì)獎(jiǎng)勵(lì)1項(xiàng)、低碳院科技獎(jiǎng)勵(lì)5項(xiàng)。

科研工作之外，和企業(yè)談合作、盯生產(chǎn)，徐曉穎是不折不扣的“空中飛人”，一年有三分之一的時(shí)間在外地。2023年，僅僅手機(jī)上的飛行記錄就有40多次。周末和節(jié)假日，她大多是在現(xiàn)場(chǎng)或出差中度過(guò)的。但是徐曉穎說(shuō)，這種忙碌完全是“自愿”的，因?yàn)槟繕?biāo)在前，她常有一種時(shí)不我待的緊迫感。

講起自己從事科研工作的“初心”，徐曉穎說(shuō)，因?yàn)楦咧械酱髮W(xué)時(shí)化學(xué)成績(jī)一直不錯(cuò)，讀研究生時(shí)她選擇了催化專業(yè)，主攻催化中間體的制備和催化背后的深入反應(yīng)機(jī)理研究，感到“越學(xué)越有興趣”。讀研究生期間，蘇黎世瑞士聯(lián)邦理工大學(xué)（ETH Zurich）的退休教授Roel Prins在大連理工大學(xué)擔(dān)任特聘教授，成為徐曉穎的指導(dǎo)老師之一?！八难芯克椒浅８?，邏輯推理十分清晰，即使面對(duì)不太熟悉的領(lǐng)域也能通過(guò)超強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力逐個(gè)攻破，他的言傳身教對(duì)我影響很大。”徐曉穎回憶。

碩士畢業(yè)后，在Roel Prins教授的推薦下，徐曉穎來(lái)到了蘇黎世瑞士聯(lián)邦理工大學(xué)繼續(xù)攻讀博士學(xué)位。蘇黎世瑞士聯(lián)邦理工大學(xué)是世界上最著名的理工大學(xué)之一，擁有愛因斯坦、倫琴、約翰·馮·諾依曼等多位杰出校友。在這樣的環(huán)境熏陶下，徐曉穎得以拓寬自己的學(xué)術(shù)視野?！霸谌鹗孔x博士期間，我就接觸到了一些科研團(tuán)隊(duì)在研究二氧化碳加氫制甲醇的相關(guān)技術(shù)，沒想到成為我現(xiàn)在的研究方向。”

回顧自己的求學(xué)之路，徐曉穎說(shuō)，讀書期間最想做的事是選擇一個(gè)科技“無(wú)人區(qū)”，創(chuàng)造全球范圍內(nèi)獨(dú)一無(wú)二的科技，但后來(lái)發(fā)現(xiàn)那樣的技術(shù)在短時(shí)間內(nèi)很難落地，而自己更希望能做改變現(xiàn)實(shí)的事情，覺得那樣更有意義。因此在博士畢業(yè)后，她加入了國(guó)家能源集團(tuán)低碳院，選擇了甲醇這個(gè)有著廣泛應(yīng)用的化工領(lǐng)域。

現(xiàn)在，徐曉穎也在帶學(xué)生。國(guó)家能源集團(tuán)和北京化工大學(xué)進(jìn)行校企合作，聯(lián)合培養(yǎng)碩士、博士研究生。作為實(shí)習(xí)生導(dǎo)師，徐曉穎常常對(duì)學(xué)生說(shuō)，希望你們是因?yàn)榕d趣在做研究，主動(dòng)思考，發(fā)現(xiàn)問題，想一想我能給這個(gè)行業(yè)解決什么問題，這樣自己的研究才更有價(jià)值、有意義。

展望未來(lái)，徐曉穎說(shuō)，我們目前從事的甲醇領(lǐng)域技術(shù)，可以上接傳統(tǒng)能源煤、天然氣，也可以下連風(fēng)光、生物質(zhì)、氫能等可再生能源，且甲醇在航運(yùn)業(yè)的應(yīng)用正在興起，對(duì)發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力有承上啟下的作用。隨著科技的不斷發(fā)展，有了AI技術(shù)的輔助，加上對(duì)機(jī)理的深入了解，希望能做出更優(yōu)秀的催化劑，在全國(guó)甚至全球多個(gè)國(guó)家、地區(qū)應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

責(zé)任編輯 華南