让二氧化碳“无处可遁”

【创新故事】

◎本报记者 代小佩

1月底，荷兰鹿特丹港内，一艘大型集装箱船缓缓驶向码头。随着船舶靠岸停稳，工作人员有条不紊地将一个大型液化罐卸岸装运，罐内装满了从船舶尾气中捕集的二氧化碳。

这艘船配备了全流程船舶碳捕集系统。该系统由中国船舶集团有限公司第七一一研究所（以下简称“中船集团七一一所”）自主研制而成。

“全球首套全流程船舶碳捕集系统的成功应用，标志着我国在海上碳捕集领域迈出了重要一步，为航运业绿色低碳发展开辟出一条新路径。”日前，中船集团七一一所所长董建福告诉科技日报记者。

“逆流而上”

船舶可谓二氧化碳排放“大户”。一艘1.5万标准箱、载重20万吨的远洋集装箱船，碳排放量约为一辆汽车的1000倍。为应对全球气候变化、减少航运温室气体排放，近年来，国际海事组织密集出台减碳规定，航运业压力倍增。

减碳，成为行业共识。但采用什么方案减却莫衷一是。“有的方案建议更换船舶燃料，有的方案考虑在排放前脱硫脱碳，还有方案提出优化巡航。”中船集团七一一所环装部总经理苏毅介绍，“我们为此组建研发团队，努力寻求最优解。”

历经数十次调研、讨论，团队提出了船舶碳捕集技术路线——给船舶加装二氧化碳捕集系统。环装部年轻的博士李珂成为项目负责人，他满怀热情地带领团队申请基于该路线的科研项目，却处处碰壁。

“当时，包括中船集团七一一所在内的相关单位都在深耕脱硫脱硝领域，业内专家并未寄望于船舶脱碳技术。”李珂回忆。

虽然压力很大，但李珂没有放弃。“我们部门在其他领域尝试全新技术路线时，也曾遭遇很多质疑，但后来证明路线是正确的。有时候，创新就是‘逆流而上’。”

大胆假设、小心求证。历时数月，团队拿出一份扎实的行业分析报告。在此基础上，所内专家又进行了充分讨论。不久后，中船集团七一一所领导层果断拍板：干！

申请不到研发经费怎么办？那就所内拨出一笔经费，支持自主研发。“原因很简单，这事国家需要、行业需要，有前景、有意义，能成！”大家干劲十足。

“越早拿出产品，越能占据有利市场地位，这是‘首台套’的竞争优势。”苏毅很坚定。他们开足马力、争分夺秒，很快就拿出了首套船舶碳捕集系统研制方案。

揪出“白球”

若把二氧化碳比作“白球”，捕集烟气中的二氧化碳，就好比在一堆颜色各异、鱼龙混杂的球里抓捕“白球”。“船舶烟气中的二氧化碳浓度只有5%至10%，‘白球’太少，捕捉很困难。”李珂解释。

高效揪出“白球”有两种办法：一是提升烟气中二氧化碳浓度，二是提高二氧化碳捕集效率。“受限于轮船燃料，第一个方案行不通。用第二个方案，就得在吸收剂上做文章。”李珂说，“吸收剂是捕集二氧化碳的关键物质，吸收速度越快，捕捉效率越高。”

市面上有十几种相关吸收剂，排列组合后可形成几百种配方。“为了缩小筛选范围，大家利用计算化学、分子模拟等技术进行初筛，确定了十多个候选配方。”中船集团七一一所环装部工程师杨浩然告诉记者。

接下来是做大规模试验，确定最佳配方。

利用上海海事大学一台3000千瓦的大型发动机，团队迈出了搭建实验台的第一步。建吸收塔、解析塔，安装锅炉、储罐……犹如燕子衔泥，研发团队一点点垒砌国内首个船用二氧化碳捕集系统实验台。

最终，他们花了一年半建好实验台。为了尽快交付系统，大家铆着一股劲儿，大冬天经常凌晨一两点还泡在实验室，调设备、盯数据。然而，吸收剂的吸收效率始终在60%至70%之间浮动，达不到理想目标。

在累计实验500多个小时后的一个夜晚，和往常一样，依旧没有突破。“明天接着干吧。”李珂开始“收摊儿”。就在这时，他瞥见记录仪闪现的数据——吸收效率超过90%！

深夜的实验室内，几个年轻人激动不已。他们急忙记录数据，连夜加班优化参数、调试设备，连续奋战数天，最终将综合吸收效率锁定在80%以上，高效揪出了“白球”。

闭环作业

被捕集的二氧化碳如何处理？“得先把它分离出来，这一过程被称为解析。”李珂介绍，“用传统工艺解析二氧化碳能耗高，我们必须设法降低能耗，否则产品不会受市场欢迎。”

团队成员查阅大量文献发现，调控解析时的压力能加快解析速度，从而降低能耗。但具体压力值需要测试才能确定。

“无巧不成书，在一次测试过程中，团队成员不小心操作失误，本以为会带来麻烦，没想到反而大大提高解析速度。”李珂笑道，“误打误撞，团队发现了一种新型的变压解析方法。”

大家还发现，调低解析时的温度也有利于降低能耗。“但我们不清楚如何操作，就像有武器却不会用。”杨浩然直言。

得知其他院所有这方面经验，研发团队与他们合力研发出一种新型解析催化剂，将解析二氧化碳所需温度降至100℃以下。同时，团队还采用先进热集成技术和控制技术，优化二氧化碳解析工艺，进一步降低了能耗。

解析出的二氧化碳呈气态，易逃逸，必须液化储存。

“利用含氟制冷剂液化二氧化碳，工艺成熟、成本低，是首选的制冷方案。不过，含氟制冷剂会破坏臭氧层。”杨浩然解释，《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》及其修正案规定，发达国家自2020年起禁止生产氟利昂22，2030年起停用氟利昂22。

抱着侥幸心理继续用含氟制冷剂，还是选用新型环保制冷剂？着眼于长远，研发团队选择了后者。他们对比了数十项制冷剂，最终，R744制冷剂脱颖而出——它不但能让二氧化碳液化率达99%以上、液态纯度超99.8%，还能满足环保的严苛要求。

历时多年研发，2024年5月，全球首套全流程船舶碳捕集系统完成应用验证，成功实现船舶“二氧化碳捕集—解析—液化储存—卸岸转运—再利用”全流程生态闭环作业。

“2024年底召开的中央经济工作会议提出，积极运用数字技术、绿色技术改造提升传统产业。这让大家备受鼓舞！”展望未来，董建福信心满怀，“我们将矢志攻关，用科技创新驱动绿色发展，为全球减碳贡献中国方案！”