10月16日，國家能源集團北京低碳清潔能源研究院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)低碳院）與荷蘭埃因霍芬理工大學(xué)等機構的研究人員合作開(kāi)發(fā)新型催化技術(shù)，取得重大突破性進(jìn)展，相關(guān)研究成果以《基于純相χ-Fe5C2催化劑的高碳效率合成氣直接制線(xiàn)性α-烯烴技術(shù)》為題，發(fā)表于《自然》（Nature）期刊。該研究通過(guò)原創(chuàng )“純相χ-碳化鐵”催化劑，實(shí)現煤炭、天然氣或生物質(zhì)轉化得到的合成氣（氫氣與一氧化碳的混合氣）直接轉化為高端化學(xué)品線(xiàn)性α-烯烴，可大幅提高碳效率、降低二氧化碳生成，填補了國際技術(shù)空白，為一步法制備高端線(xiàn)性α-烯烴提供了新途徑。研究成果提出“純相碳化鐵催化劑體系”新理論，并將新技術(shù)命名為“FTLAO”技術(shù)。

線(xiàn)性α-烯烴是合成高級聚烯烴、潤滑油、高級洗滌劑等高端化學(xué)品的關(guān)鍵核心原料，用途廣泛、市場(chǎng)需求缺口大，2023年全球消費量超過(guò)600萬(wàn)噸。目前世界上線(xiàn)性α-烯烴主要采用乙烯齊聚技術(shù)制取，但該技術(shù)生產(chǎn)成本高，僅能生產(chǎn)偶數碳線(xiàn)性α-烯烴，存在國際技術(shù)壁壘。我國線(xiàn)性α-烯烴進(jìn)口依存度高，價(jià)格居高不下，嚴重制約了我國以線(xiàn)性α-烯烴為關(guān)鍵原料的高端化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展與更新迭代，因此開(kāi)發(fā)自主知識產(chǎn)權的全新線(xiàn)性α-烯烴合成技術(shù)途徑對我國高端化工產(chǎn)業(yè)具有關(guān)鍵意義。

新技術(shù)首先通過(guò)煤炭在高溫下與氧氣和水蒸氣的反應，得到合成氣作為原料，再以水煤氣變換反應調整合成氣的成分，隨后在催化劑的作用下發(fā)生“FTLAO”（費托合成直接制線(xiàn)性α-烯烴）反應，得到混合線(xiàn)性α-烯烴，再經(jīng)過(guò)分離即可得到純化的單碳線(xiàn)性α-烯烴。成果技術(shù)的二氧化碳生成量比現有技術(shù)降低80%，碳效率提升50%以上，在相同反應溫度下的α-烯烴產(chǎn)率為現有技術(shù)的100倍以上。新技術(shù)在250-290℃的溫和條件即可實(shí)現，為線(xiàn)性α-烯烴的大規模工業(yè)連續生產(chǎn)鋪平了道路，初步測算實(shí)現商業(yè)化后，其線(xiàn)性α-烯烴生產(chǎn)成本僅8千元/噸，可為一個(gè)年產(chǎn)烯烴100萬(wàn)噸的煤化工廠(chǎng)每年創(chuàng )造效益近40億元人民幣。該自主知識產(chǎn)權技術(shù)的成功研發(fā)，對突破技術(shù)瓶頸、自主掌握我國高端化學(xué)品產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)具有重要戰略和現實(shí)意義，將引領(lǐng)我國線(xiàn)性α-烯烴產(chǎn)業(yè)鏈的高端化躍升。

本項目研究人員通過(guò)深入研究鐵催化劑活性相本質(zhì)，提出了有別于傳統氧化鐵催化劑的全新思路，原創(chuàng )了高碳效率、低二氧化碳、高活性的原創(chuàng )“純相碳化鐵催化劑體系”，在世界上首次實(shí)現“純相χ-碳化鐵”合成，并與北京科技大學(xué)合作以環(huán)境電鏡在世界上首次原位捕捉到“純相χ-碳化鐵”的生成全過(guò)程?！凹兿嗵蓟F催化劑”從活性相本質(zhì)上提高了催化活性與碳效率，提供了新的全碳數線(xiàn)性α-烯烴合成技術(shù)路線(xiàn)，為未來(lái)C1化學(xué)領(lǐng)域的研究與發(fā)展開(kāi)啟了新的大門(mén)。

本成果依托低碳院牽頭承擔的“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“低二氧化碳選擇性合成氣直接轉化制長(cháng)鏈α-烯烴成套技術(shù)”項目，并計劃于2026年底完成萬(wàn)噸級工業(yè)示范。該項技術(shù)成果分別入選工信部、國務(wù)院國資委2023年度重點(diǎn)產(chǎn)品、工藝“一條龍”應用示范方向，以及中國科協(xié)2023年“科創(chuàng )中國”先導技術(shù)榜單，為參評項目中唯一的催化領(lǐng)域技術(shù)。