突破“惰性”枷锁，如何将二氧化碳炼成“城市矿产” | 科创之城 巾帼骐骥

如果把实验室里的催化剂比作“魔法棒”，那么在中国科学院上海高等研究院二氧化碳资源化利用攻关团队眼中，每一次技术突破都像是让沉睡的二氧化碳重新被“点亮”。从全球首套二氧化碳甲烷干重整工业示范，到5000吨级加氢制甲醇装置稳定运行，再到万吨级电催化工程化迈向落地，团队用多年积累证明：所谓“惰性”，可以被催化打破。

围绕国家“双碳”目标，中国科学院上海高等研究院二氧化碳资源化利用攻关团队从事二氧化碳资源化利用的基础研究、技术创新和产业应用工作。2022-2024年度，获“上海市三八红旗集体”称号。“我们在回答一个时代的命题。”团队成员们自豪地说，“当全世界都在讨论减排，我们希望走得更远——让二氧化碳变得有价值。”

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让惰性分子“活”起来

“我们能不能把二氧化碳变成社会需要的燃料和化学品？”这个问题，是团队十余年持续攻关的起点。

二氧化碳，本是工业排放的“终点站”，因结构稳定、能级高而难以发生反应，被称为“化学界最难对付的惰性分子之一”。但在二氧化碳资源化利用技术攻关团队里，它有着被重新“激活”的可能性。

团队先是在基础研究上深耕，通过不断试错，攻克催化剂“活性、选择性与稳定性”三重难题。“就像做菜，火候差一点都不行。”团队骨干成员王慧研究员解释，为了做到工业可用，他们做过上千组对照实验，“载体、比例、温度、时间，任何一个参数的改变都可能导致性能差之千里。”

这些看似微小的坚持，最终汇成了行业认可的突破性成果。她们自主研发的系列催化剂和材料等支撑了二氧化碳加氢制甲醇、二氧化碳甲烷干重整，二氧化碳电催化，二氧化碳捕集与封存等关键技术。《science》《nature chemistry》《jacs》等学术期刊接连刊发相关成果。

将一个反应从毫克级的实验室装置放大到万吨级工业场景，是一次穿越产业化“死亡谷”的探索。工程方关注的是设备选型与物料衡算，企业关注的是稳定运行与投资回报，而科研人员最在意反应机理与催化效率。为了推动各方协同，团队必须成为沟通桥梁。

在5000吨/年加氢制甲醇工业试验项目中，他们曾遇到一个最棘手的难题：主装置的一台压缩机持续振动。设计方认为工艺参数无误，设备方坚持设备达标，施工方也强调严格依规施工，但问题迟迟无法定位。面对僵局，团队成立“三方联合攻关小组”，重新梳理运行条件，并设计了验证实验。最终，他们找到了症结，解决了设备与工艺间的耦合冲突。“现场没有完美模型。”王慧回忆，“任何一个小问题放在工业装置里，都可能变成必须攻克的大问题。”

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把“不可见”的创新落地为可靠产业

如果说甲醇等代表着“碳资源化”的路径，那么二氧化碳封存，则是一场工程挑战。团队成员李雪松印象最深的是她第一次走上钻井平台时，“实验室里我们面对的是几厘米的岩心，但现实中的储层是几平方公里。”那些在实验室里熟悉的参数，到了地下几千米的真实场景，都需要重新验证。温压条件变化、岩性波动、井筒结构差异……任何一个细节都可能改变结果。

“二氧化碳封存是一件看不见、摸不着，却必须‘绝对可靠’的事情。”李雪松说道。为了确保几十年、上百年尺度的安全性，团队必须构建一条贯穿选址、钻井、注入、监测、模拟的完整技术体系。“这是一个体系化工程，不是单个技术突破。”

与此同时，另一条技术路线——电催化二氧化碳还原也在快速推进。团队成员宋艳芳的课题组攻克了电催化还原co₂制乙醇、甲酸和合成气的多条路径，并推动技术进入示范阶段，向万吨级方向迈进。

“电催化特别考验一致性。”宋艳芳介绍，工程化电极必须“每一片都可靠”，否则无法达到规模化运行条件。“我们要让实验室的性能在工程中‘复现’，这比想象更难。”但她始终认为这是值得投入的方向，因为该技术能与钢铁、水泥、电力等高排放行业深度耦合，实现边排放、边转化。

实验台前的数据校验、模型构建的逐帧优化、与企业端的工艺磨合……从实验室的微观数据到产业宏观战略，在团队成员沈群看来，“科研是一场需要极强耐心的长跑，”团队擅长的，就是将那些看似不可逾越的复杂任务，耐心地拆解、细化，“把困难拆开，再一点点做完”。而创新也在每一个“一点点做完”的时刻，悄然发生。

她们，是这座城市创新脉搏的跃动因子。今起，“上海科技”推出“科创之城 巾帼骐骥”系列报道，聚焦优秀科技女性，从微光到群像，记录下属于她们的力量脉络，共同触摸上海创新土壤的温度与张力。

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作者：许织

上观号作者：上海科技