1月底,，荷蘭鹿特丹港內(nèi),，一艘大型集裝箱船緩緩駛向碼頭,。隨著船舶靠岸停穩(wěn),，工作人員有條不紊地將一個(gè)大型液化罐卸岸裝運(yùn),，罐內(nèi)裝滿了從船舶尾氣中捕集的二氧化碳。
這艘船配備了全流程船舶碳捕集系統(tǒng),。該系統(tǒng)由中國船舶集團(tuán)有限公司第七一一研究所(以下簡稱“中船集團(tuán)七一一所”)自主研制而成,。
“全球首套全流程船舶碳捕集系統(tǒng)的成功應(yīng)用，標(biāo)志著我國在海上碳捕集領(lǐng)域邁出了重要一步,，為航運(yùn)業(yè)綠色低碳發(fā)展開辟出一條新路徑,。”日前,，中船集團(tuán)七一一所所長董建福告訴科技日報(bào)記者,。
“逆流而上”
船舶可謂二氧化碳排放“大戶”。一艘1.5萬標(biāo)準(zhǔn)箱,、載重20萬噸的遠(yuǎn)洋集裝箱船,，碳排放量約為一輛汽車的1000倍。為應(yīng)對全球氣候變化,、減少航運(yùn)溫室氣體排放,，近年來，國際海事組織密集出臺減碳規(guī)定,，航運(yùn)業(yè)壓力倍增,。
減碳，成為行業(yè)共識。但采用什么方案減卻莫衷一是,?！坝械姆桨附ㄗh更換船舶燃料，有的方案考慮在排放前脫硫脫碳,，還有方案提出優(yōu)化巡航,。”中船集團(tuán)七一一所環(huán)裝部總經(jīng)理蘇毅介紹,，“我們?yōu)榇私M建研發(fā)團(tuán)隊(duì)，努力尋求最優(yōu)解,?！?/p>
歷經(jīng)數(shù)十次調(diào)研、討論,，團(tuán)隊(duì)提出了船舶碳捕集技術(shù)路線——給船舶加裝二氧化碳捕集系統(tǒng),。環(huán)裝部年輕的博士李珂成為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，他滿懷熱情地帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)申請基于該路線的科研項(xiàng)目,，卻處處碰壁,。
“當(dāng)時(shí)，包括中船集團(tuán)七一一所在內(nèi)的相關(guān)單位都在深耕脫硫脫硝領(lǐng)域,，業(yè)內(nèi)專家并未寄望于船舶脫碳技術(shù),。”李珂回憶,。
雖然壓力很大,，但李珂沒有放棄?！拔覀儾块T在其他領(lǐng)域嘗試全新技術(shù)路線時(shí),，也曾遭遇很多質(zhì)疑，但后來證明路線是正確的,。有時(shí)候,，創(chuàng)新就是‘逆流而上’?！?/p>
大膽假設(shè),、小心求證。歷時(shí)數(shù)月,，團(tuán)隊(duì)拿出一份扎實(shí)的行業(yè)分析報(bào)告,。在此基礎(chǔ)上，所內(nèi)專家又進(jìn)行了充分討論,。不久后,，中船集團(tuán)七一一所領(lǐng)導(dǎo)層果斷拍板：干!
申請不到研發(fā)經(jīng)費(fèi)怎么辦?那就所內(nèi)撥出一筆經(jīng)費(fèi)，支持自主研發(fā)?！霸蚝芎唵?，這事國家需要、行業(yè)需要,，有前景,、有意義，能成!”大家干勁十足,。
“越早拿出產(chǎn)品,，越能占據(jù)有利市場地位，這是‘首臺套’的競爭優(yōu)勢,?！碧K毅很堅(jiān)定。他們開足馬力,、爭分奪秒,，很快就拿出了首套船舶碳捕集系統(tǒng)研制方案。
揪出“白球”
若把二氧化碳比作“白球”,，捕集煙氣中的二氧化碳,，就好比在一堆顏色各異、魚龍混雜的球里抓捕“白球”,?！按盁煔庵械亩趸紳舛戎挥?%至10%，‘白球’太少,，捕捉很困難,。”李珂解釋,。
高效揪出“白球”有兩種辦法：一是提升煙氣中二氧化碳濃度,，二是提高二氧化碳捕集效率?！笆芟抻谳喆剂?，第一個(gè)方案行不通。用第二個(gè)方案,，就得在吸收劑上做文章,。”李珂說,，“吸收劑是捕集二氧化碳的關(guān)鍵物質(zhì),，吸收速度越快，捕捉效率越高,?！?/p>
市面上有十幾種相關(guān)吸收劑,，排列組合后可形成幾百種配方?！盀榱丝s小篩選范圍,，大家利用計(jì)算化學(xué)、分子模擬等技術(shù)進(jìn)行初篩,，確定了十多個(gè)候選配方,。”中船集團(tuán)七一一所環(huán)裝部工程師楊浩然告訴記者,。
接下來是做大規(guī)模試驗(yàn),，確定最佳配方。
利用上海海事大學(xué)一臺3000千瓦的大型發(fā)動機(jī),，團(tuán)隊(duì)邁出了搭建實(shí)驗(yàn)臺的第一步,。建吸收塔、解析塔,，安裝鍋爐、儲罐……猶如燕子銜泥,，研發(fā)團(tuán)隊(duì)一點(diǎn)點(diǎn)壘砌國內(nèi)首個(gè)船用二氧化碳捕集系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺,。
最終，他們花了一年半建好實(shí)驗(yàn)臺,。為了盡快交付系統(tǒng),，大家鉚著一股勁兒，大冬天經(jīng)常凌晨一兩點(diǎn)還泡在實(shí)驗(yàn)室,，調(diào)設(shè)備,、盯數(shù)據(jù)。然而,，吸收劑的吸收效率始終在60%至70%之間浮動,，達(dá)不到理想目標(biāo)。
在累計(jì)實(shí)驗(yàn)500多個(gè)小時(shí)后的一個(gè)夜晚,，和往常一樣,，依舊沒有突破?！懊魈旖又砂?。”李珂開始“收攤兒”,。就在這時(shí),，他瞥見記錄儀閃現(xiàn)的數(shù)據(jù)——吸收效率超過90%!
深夜的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，幾個(gè)年輕人激動不已,。他們急忙記錄數(shù)據(jù),，連夜加班優(yōu)化參數(shù)、調(diào)試設(shè)備，連續(xù)奮戰(zhàn)數(shù)天,，最終將綜合吸收效率鎖定在80%以上,，高效揪出了“白球”。
閉環(huán)作業(yè)
被捕集的二氧化碳如何處理?“得先把它分離出來,，這一過程被稱為解析,。”李珂介紹,，“用傳統(tǒng)工藝解析二氧化碳能耗高,，我們必須設(shè)法降低能耗，否則產(chǎn)品不會受市場歡迎,?！?/p>
團(tuán)隊(duì)成員查閱大量文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，調(diào)控解析時(shí)的壓力能加快解析速度,，從而降低能耗,。但具體壓力值需要測試才能確定。
“無巧不成書,，在一次測試過程中,，團(tuán)隊(duì)成員不小心操作失誤，本以為會帶來麻煩,，沒想到反而大大提高解析速度,。”李珂笑道,，“誤打誤撞,，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種新型的變壓解析方法?！?/p>
大家還發(fā)現(xiàn),，調(diào)低解析時(shí)的溫度也有利于降低能耗?！暗覀儾磺宄绾尾僮?，就像有武器卻不會用?！睏詈迫恢毖?。
得知其他院所有這方面經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)與他們合力研發(fā)出一種新型解析催化劑,，將解析二氧化碳所需溫度降至100℃以下,。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還采用先進(jìn)熱集成技術(shù)和控制技術(shù),，優(yōu)化二氧化碳解析工藝,，進(jìn)一步降低了能耗,。
解析出的二氧化碳呈氣態(tài)，易逃逸,，必須液化儲存,。
“利用含氟制冷劑液化二氧化碳，工藝成熟,、成本低,，是首選的制冷方案。不過,，含氟制冷劑會破壞臭氧層,。”楊浩然解釋,，《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》及其修正案規(guī)定,，發(fā)達(dá)國家自2020年起禁止生產(chǎn)氟利昂22，2030年起停用氟利昂22,。
抱著僥幸心理繼續(xù)用含氟制冷劑,，還是選用新型環(huán)保制冷劑?著眼于長遠(yuǎn)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)選擇了后者,。他們對比了數(shù)十項(xiàng)制冷劑,，最終，R744制冷劑脫穎而出——它不但能讓二氧化碳液化率達(dá)99%以上,、液態(tài)純度超99.8%,，還能滿足環(huán)保的嚴(yán)苛要求,。
歷時(shí)多年研發(fā),，2024年5月，全球首套全流程船舶碳捕集系統(tǒng)完成應(yīng)用驗(yàn)證,，成功實(shí)現(xiàn)船舶“二氧化碳捕集—解析—液化儲存—卸岸轉(zhuǎn)運(yùn)—再利用”全流程生態(tài)閉環(huán)作業(yè),。
“2024年底召開的中央經(jīng)濟(jì)工作會議提出，積極運(yùn)用數(shù)字技術(shù),、綠色技術(shù)改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),。這讓大家備受鼓舞!”展望未來，董建福信心滿懷,，“我們將矢志攻關(guān),，用科技創(chuàng)新驅(qū)動綠色發(fā)展，為全球減碳貢獻(xiàn)中國方案!”（記者 代小佩）
編輯：周大為
