作为中国能源消费中占比过半的“当家能源”， 煤炭长期以来因高污染、高排放问题备受争议。然而，近日中国科研人员在煤化工领域取得了重要突破：一种全新的煤转化技术不仅将加工过程中的二氧化碳排放降至1%以下，还能使煤基化学品的产量提升三倍以上。该技术通过优化基础反应路径，实现了高效转化与绿色减排的双重目标。德国《焦点》杂志相关报道现编译如下：
近百年来，化学工业一直沿用着相同的基本原理。以费托合成法为例，它通过将合成气（一氧化碳和氢气的混合物）转化为液态烃，进而生成燃料和重要的化工原料。这一工艺虽然运行稳定、广泛应用，但在碳利用效率方面仍存在明显不足——其中大量碳最终以二氧化碳的形式排放到废气中，造成浪费。
根据华媒《南华早报》消息，中国的化学家们近日在实验室中成功证明，只需对反应气体进行微小调整，就有可能几乎完全避免这种碳流失。更重要的是，这一调整无需改造工厂，仅通过添加微量添加剂便可实现。
▲图源：focus online
一项发表在《科学》杂志的研究表明，即便合成气中只含有极低浓度的溴甲烷，也能显著改变反应路径：碳不再以二氧化碳形式逸出，而是以结合态保留在产物中。同时，这种调整还提升了工业上特别需要的化合物的产率。
北京大学马鼎团队深入研究了为何常规催化剂会导致大量二氧化碳生成。他们发现，这与铁基催化剂表面发生的几种副反应有关。其中，水分解后释放的氧与一氧化碳重新结合，生成二氧化碳，这一过程既消耗碳源，也降低了整体反应效率。
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“就像加了一小撮香料”。研究人员向合成气中加入了浓度仅为百万分之二十的溴甲烷。溴原子会吸附在碳化铁催化剂的活性位点上，从而改变其表面结构。实验数据显示，这种改变能够有效抑制几类副反应：包括减缓水分解反应、减少氧与一氧化碳的结合频率，以及降低烯烃氢化反应的程度。
研究结论指出：“添加微量卤代化合物可抑制二氧化碳生成，并显著提升烯烃选择性。”
中国科学院煤炭化学研究所的温晓东也参与了这项研究。他解释道，即使仅添加微量溴，也足以持续改变反应界面。“这就像做饭时加一点香料，”温晓东说，“它能保留我们想要的味道，同时防止煳锅。”
▲图源：picture alliance/dpa
实验结果相当显著：在传统费托合成中，约有30%的碳以二氧化碳形式流失，而添加溴甲烷后，这一比例降至1%以下。同时，所需烯烃产物的比例提升至所有含碳产物的85%左右，而未添加添加剂时这一比例仅为约23%。
此外，整体生产效率也得以提升：单位合成气可产出更多可用分子。实验还显示，该催化剂能在连续反应中稳定运行超过450小时。研究团队认为，这一方法具备良好的可扩展性，可在现有铁基催化体系中推广应用。
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与此同时，另一项研究则采取了不同路径。高畅团队研发出一种带有氧化物包覆层，并掺杂钠元素的碳化铁催化剂。这种结构设计可以实现在反应器中直接耦合多个反应步骤。
催化剂同样有效地降低了反应过程中生成的二氧化碳和水的含量，同时提高了烯烃与液态烃的产率。其氢利用效率也显著增强，更多的氢原子被保留在最终产物中。
（欧洲时报德国版小婺生编译报道，转载请注明公众号GermanReport）
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