原創(chuàng) 佐溪 加美財(cái)經(jīng) 收錄于話題#海外華人1#創(chuàng)業(yè)故事1

和格林童話里的侏儒妖Rumpelstiltskin一樣，很多人也曾幻想過把稻草紡成金子。

在現(xiàn)實(shí)生活中，有一些科學(xué)家正在利用大自然中的陽(yáng)光把稻草變成能產(chǎn)生更高價(jià)值的物質(zhì)。

卡爾加里大學(xué)的一個(gè)項(xiàng)目就在做這樣的研究：把秸稈、楓葉等廢棄的生物質(zhì)，通過太陽(yáng)能和催化劑進(jìn)行轉(zhuǎn)化，變成氫燃料、乳酸等一些高價(jià)值的化合物。

胡勁光（右一）和他的研究團(tuán)隊(duì)。圖源：Canadian Light Source

秸稈變氫氣：“一石二鳥”的制備技術(shù)

相對(duì)于石油煉制，采用秸稈等廢棄的生物質(zhì)作為原料來(lái)煉制各種化學(xué)品，被認(rèn)為是在理論上更低碳的做法。

這一項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人、卡爾加里大學(xué)化學(xué)和石油工程系助理教授胡勁光對(duì)加美財(cái)經(jīng)表示，這種方式傳統(tǒng)上主要有兩種途徑：

一種是利用生物法進(jìn)行降解。自然界中的微生物、昆蟲以及食草動(dòng)物體內(nèi)存在生物質(zhì)催化降解酶。在整合優(yōu)化后可以用于生物質(zhì)酶降解、發(fā)酵，進(jìn)而產(chǎn)出化學(xué)品和燃料。

另一種途徑就是通過熱化學(xué)途徑，高溫高壓把生物質(zhì)直接轉(zhuǎn)化成生物裂解油或合成氣，從而進(jìn)一步加工成化學(xué)品和燃料。

過去四五十年中，科研人員和企業(yè)在這兩條路徑上都投入了不少成本和精力，也認(rèn)識(shí)到這些方法可能并不是真正低碳的方式。

“現(xiàn)在大家遇到一個(gè)瓶頸是，當(dāng)我們整體來(lái)看它的LCA（生命周期分析）時(shí)，（減）碳排放（的效果）并沒有大家想象的那么好，”胡勁光告訴記者，第二種熱化學(xué)的途徑在生產(chǎn)過程中就會(huì)釋放很多碳，而對(duì)于第一種途徑來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)酶的發(fā)酵過程中就會(huì)釋放二氧化碳。

他表示，近來(lái)美國(guó)也有幾家用秸稈生產(chǎn)生物燃料的企業(yè)，但由于這幾年石油價(jià)格很低，實(shí)際上這種路線并沒有到產(chǎn)業(yè)化的階段，而且整體的碳排放并沒有那么低。

胡勁光和他的團(tuán)隊(duì)初衷就是要研發(fā)一種低碳排放的生物煉制平臺(tái)。

三年前，他和現(xiàn)在的研究伙伴Md Kibria博士一同加入卡爾加里大學(xué)，開始這個(gè)項(xiàng)目的研究。

它的核心是，用光電平臺(tái)對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行降解轉(zhuǎn)化，利用一種催化劑把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電子，電子同時(shí)還原體系中的質(zhì)子，生成氫氣。

“整體上說(shuō)我們希望做到一石二鳥，既產(chǎn)生氫，又能把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高價(jià)值化合物產(chǎn)品，”胡勁光對(duì)記者說(shuō)。

在氧化還原反應(yīng)中，生物質(zhì)還可被轉(zhuǎn)化成各種有價(jià)值的產(chǎn)品，例如可以制成生物塑料的乳酸。生物塑料可以被降解，可應(yīng)用于食品包裝和母嬰行業(yè)。

除此以外，胡勁光和他的團(tuán)隊(duì)還在研究其它高價(jià)值的產(chǎn)品，以及一些能源的前驅(qū)，例如生物柴油、航空燃油的前驅(qū)體。

他向記者表示，這一過程中使用到的催化劑相當(dāng)于光合作用中的葉綠素，現(xiàn)在他們使用一些簡(jiǎn)單便宜的材料作為催化劑，例如碳氮的結(jié)合物。“我們可以用三聚氰胺、尿素生成這樣的催化劑，所以不是很貴，”他說(shuō)。

理論上，因?yàn)檫@一項(xiàng)目只使用了太陽(yáng)能作為唯一的能源，在這個(gè)過程中不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。但胡勁光告訴記者，他們還沒有經(jīng)過生命周期分析，因此到現(xiàn)在還不能下最終零碳排放的結(jié)論。

“在制備半導(dǎo)體催化劑過程中，有多少二氧化碳排放，在產(chǎn)業(yè)化后，從原料、產(chǎn)品提純的整個(gè)系統(tǒng)來(lái)看到底有沒有碳排放，目前還沒有定論，”他說(shuō)。

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清潔能源新趨勢(shì)：從“藍(lán)氫”到“綠氫”

1月21日，美國(guó)總統(tǒng)拜登上任首日，就撤銷了從阿爾伯塔南下鋪設(shè)輸油管線的“基石”（Keystone XL）項(xiàng)目。

盡管擁有豐富的油氣資源，但加拿大始終面臨著出口市場(chǎng)單一、開采成本高、管道容量不足的能源困局，與之伴隨的溫室氣體排放也是亟待解決的問題。

氫能源作為一個(gè)更環(huán)保的替代方案屢屢被熱議，它可以在燃料電池領(lǐng)域進(jìn)行廣泛的產(chǎn)業(yè)化。

胡勁光認(rèn)為，整體上，氫能源是發(fā)展的大趨勢(shì)，全球很多國(guó)家都在關(guān)注氫經(jīng)濟(jì)。

在他所在的阿爾伯塔省，氫能源的發(fā)展其實(shí)已經(jīng)相對(duì)成熟，不過其產(chǎn)氫的主流路線仍屬于藍(lán)氫——將天然氣做蒸汽提煉。這一路徑需要大量可靠的天然氣供應(yīng)，而且生產(chǎn)過程中并非沒有碳排放。

實(shí)際上，加拿大是全球十大氫生產(chǎn)國(guó)之一，但其中大部分氫是用化石燃料生產(chǎn)的，這仍然會(huì)造成氣候問題。

加拿大清潔能源公司(Clean Energy Canada)在去年10月發(fā)布的一份報(bào)告《Hydrogen 2020》指出，通過碳捕捉和儲(chǔ)存技術(shù)制造的藍(lán)氫，已經(jīng)是對(duì)傳統(tǒng)化石燃料制氫方式的重大改進(jìn)，藍(lán)氫已經(jīng)被視為掙扎求生的加拿大化石行業(yè)的救命稻草，但藍(lán)氫最終仍會(huì)被最清潔的氫取代，那就是綠氫。

這份報(bào)告指出，在加拿大，氫能正在進(jìn)入起飛階段，到2040年，綠氫的成本將下降64%。

胡勁光認(rèn)為，藍(lán)氫只是轉(zhuǎn)向氫能源的一個(gè)過渡方案。“長(zhǎng)遠(yuǎn)看，怎樣做綠色氫能源是一個(gè)趨勢(shì)，光水解產(chǎn)氫其實(shí)是綠氫中更進(jìn)一步的做法，有些企業(yè)已經(jīng)開始在逐漸進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)，”他說(shuō)。

加拿大清潔能源公司也認(rèn)為，未來(lái)，使用可再生能源電解水制備的“綠氫”和一些使用最前沿創(chuàng)新技術(shù)制氫的競(jìng)爭(zhēng)將成為主流。

胡勁光和其團(tuán)隊(duì)所走的技術(shù)路線，就是光水解產(chǎn)氫的路線，但在這之外，他們還可以把生物質(zhì)能更全面地利用起來(lái)。他表示，他們的項(xiàng)目就是在能源轉(zhuǎn)型、減排、生物質(zhì)資源的綜合應(yīng)用的背景和趨勢(shì)下展開的。

商業(yè)化仍需時(shí)日

實(shí)際上，制備綠氫的創(chuàng)新技術(shù)目前呈現(xiàn)出多樣化的特征。

位于卡爾加里的質(zhì)子公司（Proton Technologies) 開發(fā)了將氫從地下重油中分離出來(lái)的技術(shù)，產(chǎn)出物只有氫能源和水，碳?xì)浠衔飫t被留在地下。質(zhì)子公司強(qiáng)調(diào)，這一技術(shù)保證了低成本和高清潔度，是其最具競(jìng)爭(zhēng)力的兩個(gè)方面。去年底，該公司成為了加拿大自然資源部“油氣清潔技術(shù)項(xiàng)目” （Natural Resources Canada’s Oil and Gas Clean Tech Program）之一，這一項(xiàng)目給三家公司各獎(jiǎng)勵(lì)了5000萬(wàn)加元。

胡勁光也認(rèn)為，如果他們的項(xiàng)目可以規(guī)模化生產(chǎn)，會(huì)有無(wú)窮的潛力。已有很多傳統(tǒng)的石油企業(yè)和生物質(zhì)能企業(yè)找到他們，表示對(duì)他們的技術(shù)路線感興趣。

目前，胡勁光領(lǐng)導(dǎo)的這一項(xiàng)目正和阿爾伯塔創(chuàng)新公司（Alberta Innovates）進(jìn)行探討，嘗試將其從實(shí)驗(yàn)室搬到阿爾伯塔高日照的自然環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試，為之后的商業(yè)化做準(zhǔn)備。此前，他們已在加拿大國(guó)家光源（Canadian Light Source）的研究所進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

他們的項(xiàng)目還獲得了加拿大第一研究卓越基金（Canada First Research Excellence Fund）的支持。這一基金由加拿大政府的“經(jīng)濟(jì)行動(dòng)計(jì)劃（The Government of Canada’s Economic Action Plan）”在2014年宣布成立，每年投資2億加元以支持加拿大的大學(xué)等院校開展科研，以使加拿大在人才和突破性發(fā)現(xiàn)方面保持世界領(lǐng)先地位，專注于可為加拿大創(chuàng)造長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)利益的研究領(lǐng)域。

胡勁光表示，近幾年來(lái)，從加拿大政府，到阿爾伯塔，再到卡爾加里大學(xué)，大家都看到了新能源尤其是生物質(zhì)能的潛在趨勢(shì)，因此給予了不小的支持。

“光電是近幾年來(lái)大家都在攻堅(jiān)的領(lǐng)域，在加拿大我們應(yīng)該是最早開始的之一，” 他告訴記者，在這一領(lǐng)域，劍橋大學(xué)的相關(guān)項(xiàng)目走在前列，除卡爾加里大學(xué)外，包括多倫多大學(xué)、不列顛哥倫比亞大學(xué)和阿爾伯塔大學(xué)在內(nèi)，很多高校都在相似的領(lǐng)域開展研究。此外，美國(guó)和中國(guó)的一些科研機(jī)構(gòu)也開始往這一方向進(jìn)行研究。

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“但大家都處在相似的階段，距離實(shí)現(xiàn)商業(yè)化仍需要一段時(shí)間，”他告訴記者，在提高轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率、把實(shí)驗(yàn)過程放大、需要什么樣的反應(yīng)器等方面，仍需要一段科研的過程。

例如，在將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電子方面的能力方面，太陽(yáng)的波長(zhǎng)段在很多范圍內(nèi)都有，最開始大家用的都是紫外線這一能量強(qiáng)波長(zhǎng)短的波段，但紫外線其實(shí)只占到很小一部分，紅外線和可見光的占比很大，怎樣更有效地利用這些能量，對(duì)于提高其產(chǎn)率有著極大的影響力。

此外，在產(chǎn)氫的過程中，生物質(zhì)也會(huì)轉(zhuǎn)化成其它產(chǎn)品，怎樣進(jìn)一步提高氫的產(chǎn)率、提高生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成其它產(chǎn)品的選擇性，也都是大家在研究的話題。

原標(biāo)題：《稻草變“金子”不是童話，這個(gè)加拿大華人教授真的做到了》

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