讲座题目：透视新科技——二氧化碳变汽油
主 持 人：胜  春
做客嘉宾：刘志敏，中国科学院化学研究所研究员。
                 位  健，中国科学院大连化学物理研究所副研究员。
讲座时间：2026年8月3日～8月9日
（备注：讲座视频可循环播放）
https://article.xuexi.cn/articles/video/index.html?art_id=12839731243373999728&read_id=19e06519-e9c5-40a0-844d-84c21f84f4f0&ref_read_id=96bcf30d-1dd6-4491-ae16-284c64479ce8&reco_id=&mod_id=&cid=&source=share&study_style_id=video_default
透视新科技——二氧化碳变汽油

讲座内容：
       各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目！我是主持人胜春。我们都知道汽油是从石油当中提炼出来的，而最近我国的科学家找到了一种新的方法，通过催化剂将二氧化碳变成了汽油，他们是怎么做到的？如果这个方法可行，是不是可以大大地降低我们的出行成本呢？我们通过短片来进入今天的节目。2021年底，用二氧化碳做原料生产汽油的科研项目在山东邹城顺利完成中试，1000吨完全符合国家使用标准的汽油，从这里走进了市场。二氧化碳本是地球生命不可或缺的一种气体，它参与植物的光合作用，让植物得以生长，让人和动物获得食粮，得以生存。但是随着工业的快速发展，二氧化碳的排放量与日俱增，大量的二氧化碳加剧了地球的温室效应，成为地球气候变暖的元凶。而今，中国科学家为二氧化碳找到了一个新用途，就是把它变成人们日常所需的汽油，这是怎么做到的？当二氧化碳可以变成汽油，又会给我们的生活带来怎样的变化？首先给大家介绍一下我们今天请来的两位嘉宾，一位是中国科学院化学研究所的研究员刘志敏，另外一位是中国科学院大连化学物理研究所的副研究员位健。
       我们是怎么想到用二氧化碳来制成汽油的呢？这个想法其实是我们从2014年，然后看到了一个美国海军的海水变燃油的报道，然后当时觉得这是天方夜谭。海水变燃油？对，但实际上仔细一想，这确实是可行的。我想起了前些年有一个报导说水变成汽油，最后证实了这是一个不实的报导，那为什么水变成燃料是虚假的，不真实、不科学的？那海水变成燃料就变成了有科学依据的呢？这就要从汽油的组成来说起，汽油的组成是由碳、氢构成的一个饱和的液态燃料。而水，水中是不含有碳的，它是由氢和氧构成的，它根本没有碳，它怎么变成汽油？所以从原理上这就是一个伪科学。因为它这个海水中的二氧化碳的浓度是空气中二氧化碳浓度的大约140倍，而且这个二氧化碳它主要是以碳酸盐的形式存在的，那我们就可以通过电解反应将海水变成氢气和二氧化碳，然后再通过这种多步的催化反应，让它变成液态烃，而这种液态烃，它就是合成燃料油的一个基础原料。所以说是否能够变成汽油，这里面碳起着关键的作用。是的，汽油是一个碳氢化合物，那我就需要有碳源和氢源，然后我水里边它只有氢源，所以说我只能得到氢气。但是海水里面它因为它溶解了大量的二氧化碳，有这种碳酸盐，所以我就有碳源，而有水又有氢源，所以说从理论上来说，它是可行的。
自地球诞生45亿多年以来，出现过许许多多的生物，一些生物在生命终结之后，遗体会进入到海洋，不断地向海底下沉堆积，最终变成了石油。石油在经过裂解等反应之后，会变成多种化工产品。其中最重要的一个就是汽油。我国是一个少油的国家，石油常年依赖进口，原料的匮乏使得汽油成为珍贵的燃料。人类为什么那么需要汽油？汽油它从用途来说分为三类，航空汽油，然后车用汽油和溶剂汽油。前两者它主要是作为汽油的燃料，这个大家都很熟悉的，从这个直升飞机，然后到游艇、汽车、摩托车都用得到汽油，我们日常生活中用的一些编号汽油。比方70号汽油，90#汽油，120#、180#都听到有这样的说法，那么实际上就是这些汽油作为溶剂使用，它们具有不同的用途，你比方70#汽油可以用来提取油脂，提取食用油，那么90#汽油就是我们工业上常用的一种石油醚溶剂，那么这120#汽油，可以作为这种胶料的溶剂。我们生产轮胎，生产鞋底需要一种溶剂去把这个胶料给溶解，那么这用的就是汽油。那么还有这180#汽油，是可以作为一些工业的这种机械部件的清洗的溶剂。我们都知道这个石油是不可再生资源，汽油就是从石油当中提炼出来的，如果可以从其他的地方找到汽油，这简直是天大的好消息？
       意义是非常重大的，那就是可以减少我们石油对国外的依存度，因为我们有70%的石油是依赖于进口，那么如果我们通过二氧化碳加氢来制备的汽油，那么这个依存度会大大地降低，其战略意义和实际意义都是非常重大的，它不仅解决了汽油的来源问题。同时也解决二氧化碳的去处问题，我们知道现在二氧化碳排放，已经成为了一个社会关注的一个重要问题。空气中的二氧化碳浓度已经超过了420 PPM（0.0420%）, 可以说到了一个非常高的值，怎么来降低、减排二氧化碳，其实将二氧化碳作为资源转化成化学品、材料，就是一个非常好的手段，那么在这里面最有吸引力的实际上就是把二氧化碳转化（成）能源产品、汽油。今天化石能源仍然是人类社会的主要能源，而且在短时间内，这个现实很难改变。这也导致了全球二氧化碳的排放量目前仍然没有停止增长，根据国际能源署发布的报告显示，2021年全球二氧化碳排放量同比2020年增长了6%，达到了363亿吨。与此同时，二氧化碳激增带来的气候变化、极端天气频发等现象却愈演愈烈。面对这样的现实，如何减少二氧化碳排放，如何处理掉不得不排放的二氧化碳，成为科学家们要面对的难题。此前，把二氧化碳埋入地下或者海底是二氧化碳处理的主要方式。但是二氧化碳掩埋的成本非常高，对地质和技术的要求也很高。二氧化碳掩埋之后还存在泄露的风险，大量二氧化碳一旦泄露而出，会带来怎样的灾害，目前还不得而知。所以更多的科学家开始研究如何把二氧化碳更好地利用起来，把它变成有用的产品，比如淀粉、汽油等等。
       得知了美国海军将海水变成燃料，这个消息之后才开始启发我们？是的，因为我们这个团队，以前也是做这种甲烷、一氧化碳、二氧化碳这种碳一分子转化的，在这方面也积累了比较强的研究基础。那我们就想能不能一步，高效地把二氧化碳直接变成汽油？您提到的是一步变成？对，那之前我们看到的美国的技术是通过多少步骤？它都经过可能至少三步，就二氧化碳它可能需要经过很多的中间物，然后通过不同的催化剂，然后来实现最后合成这种汽油燃料。那我们怎么能做到一步就合成？这个其实最大的工作就是一个催化剂的筛选工作，我们需要找到它既可以使二氧化碳，又可以使氢气，然后同时变得活泼的一种催化剂。我们知道二氧化碳是一种气体，氢气也是一种气体，而且这两种气体都是不活泼的小分子气体，那么你想两种气体怎么就混合到一起去，就变成了液体的汽油了呢？我们知道二氧化碳就有一个碳，那么汽油是5到11个碳和氢构成的一种烃类化合物，那么在这里就需要一个一个二氧化碳的碳，手拉手地连接在一起。那么还要把二氧化碳中氧给移走，那么最关键的就是这个催化剂。
       这个催化剂怎么去寻找它的？我们就经过了很多的尝试，我们发现一种催化剂，然后它可以同时来活化氢气和二氧化碳。它的催化活性比较高，但是我们后来又发现，催化剂仅仅具有活化的一个功能还是不够的，它还需要具有其他的一些功能，后来就设计了一种复合催化剂。比如说，我们加入了碱金属钠，它可以让催化剂具备更长的这种合成长链烃的能力。我们又选用这种多孔性的分子筛，可以提高汽油合成的一个效率，以及汽油的品质问题，然后最终我们就在2017年取得了突破。当然这个研究成果，还只是一个实验室的一个初步的研究成果，还没有得到一个工业试验的验证。我们这个催化剂的特点是什么？首先我们这个催化剂的它的性能比较好，我们的生成这个汽油的一个选择性很高，我们的汽油选择性可以达到80%多，而且这个催化剂的稳定性也是比较不错的，运行几千小时可以不失活。而且我们这个是直接法，一步来实现这个过程的，所以说它的流程很短，能耗也比较低。我们这个催化剂它的制备比较简单，而且它的成本也比较低，比较易于工业生产。我们的催化剂对二氧化碳转化成汽油的这个转化率怎么样？我们这个转化率，它单程的转化率就可以达到30%到40%的一个水平。什么概念？就是说我这个二氧化碳和氢分子，然后通过这个催化剂床层，它一次通过的话，它可以有30%到40%的二氧化碳就转化成汽油了，然后剩下的我们可以再经过一个压缩机的循环，然后再让它没反应的再继续回来转化。它的单程转化率在二氧化碳转化里边已经是一个比较高的水平了，像以前报道的一些研究成果，很多是10%~20%的一个水平。
       现在已经达到30%~40%？对。未来我可以有更高的提升的空间吗？这个肯定还是有提高的空间的，因为我们的单程转化率，如果提高了，它直接带来的就是说我们的这个能耗可以进一步降低，整个过程的能耗可以进一步降低。在这之前其他的国家的科研团队有没有过类似的尝试？其实也有一些研究，像最近有一个报道说了美国一个研究者，他发现了一种钌催化剂，它可以将二氧化碳合成汽油的效率大幅提高，但是实际上它这里面报道的产物，主要还是丁烷这种碳四的一个组分，而我们知道汽油它是5到11个碳的一个烃类化合物，所以说它严格来说还不能叫汽油。另一方面，它里面还存在一个重要的问题，就是它采用了金属钌作为催化剂。大家知道，钌是非常稀有且昂贵的，催化剂的成本很高，所以说要实现大规模的应用还是比较困难的。成本太高了？对。那我们是用什么样的方式把这个成本降低下来了？我们就是希望能找到一种廉价的一个金属，后来我们就发现这种铁催化剂它同样可以实现这个目标，而且它的活性、选择性，它的各方面的性能要更好。我们知道铁的储量是非常丰富的，又是环境友好的，那么它不仅使得这个催化剂的成本大大降低，同时使催化剂的生产过程也变得绿色清洁，所以无论从绿色技术的发展，还是从经济效益方面讲，都意义重大。
位先生今天说起来，这个成果比较淡定。当时在实验室当中成功的时候，那个时候您个人的感受是什么样的？当时第一次然后我们看到，我们色谱仪器上出现那个5个碳到11个碳的这种烃类的化合物的时候，而且它的那个峰还很高，然后我们确实是非常兴奋的，然后我们又不断对这个实验后来做了验证，然后做了很多次重复实验，确保我们这是一个真实可靠的一个数据。刘女士当听到这个消息的时候，您是不是也非常地兴奋？确实是非常兴奋，位老师他们找到这种铁基催化剂，是一个多功能铁基催化剂，一方面实现了对二氧化碳和氢气分子的活化。另一方面使得碳耦联一个一个连接起来，而且连接的长度，正好就在这个范围之内，就是我们所需要的这汽油，所以是非常巧妙的，我知道他们肯定也花了很大的功夫和时间，来寻找这个催化剂。2014年，在受到海水变燃油的启发之后，中科院大连化学物理研究所的科研工作者，开始着手研究如何将二氧化碳变成汽油？他们用了整整三年的时间，在筛选了数百种材料，经历过上百次失败之后，终于研发出一种效率高、寿命长的催化剂，这让课题组的成员非常兴奋，但是同时也不免忧虑，因为这只是在实验室里的成功。
       要想把实验室成果转化成生产和产品，还有很长的路要走。首先二氧化碳变汽油技术要实现小规模的工厂生产，也就是所谓的中试。但是一旦涉及到生产，就需要投入成本，并且要产生利润，这毕竟只是一个试验，谁又愿意来为这份风险买单呢？二氧化碳转化成汽油，目前我们已经有试验点了吗？我们这个工作一发表，确实引起了社会各界广泛关注，而且这个报道成果也得到一个《自然》杂志的一个高亮报道。然后也有很多企业也感兴趣，其中一个企业家，他就发现了我们这个技术，然后对我们这个技术很感兴趣，而他本身也是一个很有情怀，然后又有社会责任感的企业家。所以说，他就想着这个技术一旦如果说成熟推广了之后，它肯定是一件造福于民的一个大好事，所以说他就投资我们，然后在山东建成了一套生产能力为一千吨每年汽油的，一个二氧化碳加氢制汽油的工业装置。能不能帮我们算一下，通过二氧化碳转化成汽油，这个成本是什么样的？
       像现在来说，因为我们这个原料，它就是二氧化碳和氢，如果我们这个氢是从像现在有一些氯碱行业、石化行业，它有一些工业副产氢，这一部分氢成本，目前相对来说是比较低的。如果我们用来合成汽油的话，我们的汽油的成本可能最低可以控制在7000块钱左右每吨的价格，而现在市售的汽油价格，可能接近一万块钱一吨。当然，如果说从绿氢从可再生能源来制得的氢，它的目前的成本还相对比较高。二氧化碳转化成汽油主要需要的原料就是二氧化碳？是的，二氧化碳世界每年二氧化碳的排放量，已接近400亿吨，每年全球二氧化碳排放量。那么对于发展中的我们国家，每年二氧化碳的排放量近100亿吨左右，这么一个水平。那么这么（大）量的二氧化碳，利用的量实际上是非常有限的，也就是个一亿吨左右，可以说将它作为一个资源来使用，具有非常广阔的这种发展空间。还有一个非常重要的一点，它现在目前这汽油，据报道是已经符合了国六的标准，那么实际上是与它生产路线是有关的，它用二氧化碳加氢生产汽油里边是不含硫，也不含氮的。那么从石油生产的，我们要脱硫、脱氮，实际上那里边是非常复杂的，所以它那个是不清洁的，而二氧化碳生产的反而更清洁。
       那我们用二氧化碳和氢合成的这个燃油，它的纯度怎么样，质量怎么样？我们整体的一个技术标准，都是符何一个现行的国六标准的，而且在某些指标方面可能甚至优于这个国六的标准。比如说我们的烯烃、芳烃还有苯的含量都是要比现在的国六标准要更好的，而且刚才刘老师也提到了，我们这个它是不含硫的，它是更清洁的一种燃料。二氧化碳转化成汽油，目前开始应用了吗？这个汽油实际上我们的车已经使用这个汽油已经开始跑了，当时已经跑了几个月，而且它跑起来就是跟其他的市售的汽油是没有区别的。可以达到这样的程度？对。这么好的技术，现在已经走向市场？我们中试是在去年（2021）底完成的，然后今年（2022）年初也是通过了权威部门的科技成果鉴定，然后我们这个鉴定成果一报道之后，也是引起了一些国内企业的政府的兴趣，包括一些国外的机构也跟我们联系，最近我们也是应接不暇。
       2020年，在二氧化碳变汽油的催化剂诞生了3年之后，一个可供中试的工厂终于在山东邹城工业园建成投产。在经历一年多不断地生产调试之后，2021年底，二氧化碳制汽油1000吨每年的小规模生产试验顺利结束。2022年初，课题组收到了来自权威专家组的成果鉴定书，他们的成果获得了专家们的一致认可。专家组在鉴定书里写道，该成果属于世界首创，整体技术处于国际领先水平，建议加快该技术成果的推广应用。二氧化碳制汽油中试成功，这个消息被媒体报道之后，得到了国内外企业的广泛关注。半年多的时间里，已经有数十家企业表达了合作意向，让二氧化碳制汽油实现大规模生产，这是科学家们共同的愿望，但是同时他们也很谨慎，希望不要操之过急。目前我们这项技术还存在哪些瓶颈？这个可能主要是一个绿氢的一个成本的问题，这个目前因为绿氢的成本还是相对比较高的一个水平。如果说从灰氢来的话，这个氢从灰氢来的话，它就很难实现一个二氧化碳减排的一个目的，所以说我们希望的氢至少是蓝氢这种的，或者最好是未来肯定是绿氢，这是一个最佳的一个途径。
       对，他这个技术实际上关键就是氢的来源问题，因为它需要大量的氢。二氧化碳没有问题，包括能得到非常清洁的二氧化碳，但是氢确确实实是个问题，会制约这个技术能否大规模生产的一个可以说是瓶颈。其实我们现在的转化率就是说已经到了可以大规模生产的一个水平了，就是最主要还是解决一个氢的来源的问题，现在就是绿氢的成本还相对比较高。如果一旦我们绿氢成本降低了，技术取得突破了，那我们这个二氧化碳加氢变汽油的技术，肯定也就会有了更广阔的一个施展空间。那实际上我们要这项技术在社会上，在市场上推广的话，首先我们找到便宜的氢？对。我们生产出的这种汽油才是便宜的、好用的、清洁的？是的。我们距离这儿有多远？现在其实已经有很多企业跟我们正在谈这个事情，如果说最快的话，我们一个项目从立项到最后实现大规模生产，至少也需要3~5年的时间。但未来它主要还是看一个氢气的一个价格的问题，如果我们氢气的价格合适了，那这个技术肯定是有大规模应用的一个前景的。通过这项技术对于我们对二氧化碳的利用有哪些启发？这就是变废为宝的一个技术路线，实际上二氧化碳也可以通过不同的化学反应路径，来转化成不同的化学品。大家可能比较熟悉的，可以把它转化成乙醇，那就是酒精。要变成甲醇，重要的工业原料，还有一些精细的化学品、药物、农药、医药等等，那么还可以将二氧化碳转化成材料。
       日常生活中，我们知道干冰，干冰现在又是物流，在冷链运输的时候用的干冰，那是非常有用的。那么还有一些碳酸饮料用的都是二氧化碳，这在食品工业有应用。那么在工业生产中，二氧化碳作为一种溶剂，什么样的溶剂？当二氧化碳处于超临界状态的时候，它就具有类似于气体和液体的性质，它可以作为萃取剂来使用。那么从这角度讲，实际上二氧化碳作为一个清洁的碳一资源，它的发展空间是极其广阔的，那么这个时候就需要各种各样不同的绿色技术，那么再具体讲实际上就要找到合适的催化剂，怎么找到合适的催化剂将二氧化碳转化成我们想转化的目标产物。因为它就是一个碳资源，我们现在的化学品实际上90%的化学品是来源于10%的原油，那么这项技术的成功，就启示着我们可能我们以后的化学品的生产，可以通过二氧化碳作为碳资源来进行合成生产，所以在这方面可以说是有着无限的发展空间。
       我们有没有算过一笔账？如果这项技术得到大规模的推广和应用的话，带来的将会是什么？比如说现在根据我们现有的技术水平，我们生产一吨汽油的话，它需要消耗4吨的二氧化碳，那所以说如果我们建造一个10万吨的一个工厂的话，我们每年消耗二氧碳消耗量就是40万吨。如果根据欧盟大概80欧元，每吨的一个强制碳税的标准来看，那我们就可以为企业直接避免碳税，就可以达到2.2亿元左右。同时，我们这个汽油产品，现在根据这个市场价格，比如说九千块钱每吨，那我们就可以为企业带来九亿左右的一个销售额，所以说这个技术如果说一旦推广的话，未来前景还是比较广阔的。这项技术得到推广之后，我们能够想象到的对我们普通人的生活的改变会是什么？首先，它可以降低我国石油的对外依存度，减少我们对石油的依赖，保障国家的能源安全。我对这个燃油的需求量也是巨大的，如果我们能将排放的大部分二氧化碳转化成化学品，也就是说我们的化学品是以二氧化碳作为原料，而不再是以石油为原料来制备的时候，那么我们对石油的依赖程度就会大大降低，也可以缓解我们国家贫油的这么一个局面。
      从碳中和的角度讲，全世界提出了这个碳中和的这个目标，我们国家也提出了“双碳”的这个宏伟目标。那么其实对我们国家来讲，到2060年实现碳中和任务还是非常艰巨的，那当然碳中和是一个系统工程，涉及到社会的各个方面，那么我们化学工作者能做的就是提出一些新的技术，一方面减排，减少二氧化碳排放；另一方面，将二氧化碳作为资源生产我们所需要的化学品和生活的物资。那么实际上将二氧化碳加氢转化成汽油就是一个非常好的技术，是一个非常有力的手段。对我们普通人的生活的改变会是什么？现在就是绿氢的成本还相对比较高，如果一旦我们绿氢成本降低了，技术取得突破了，像现在来说未来的这个汽油的成本，肯定也会是一个降低的趋势。普通人用的汽油可能会价格（降低）？它会使汽油的价格降低。非常感谢两位今天来到我们演播室，也感谢您收看我们今天的《透视新科技》节目！如果您想了解我们更多节目内容，可以下载央视频收看我们过往的节目。好了，今天的节目就到这儿了，我是胜春，咱们下期节目再见。