碳氢燃料的巨大成就

费托合成是将煤和天然气转化为液体燃料的核心技术，是以合成气(一氧化碳和氢气)为主要原料，在催化剂和适宜的反应条件下，合成以烷烃为主要原料的液体燃料的工艺过程。

1923年，德国化学家F. Fischer和H. Toorop开发了费托合成技术，在二战期间投入批量生产，至今已有80年。费-托合成通常使用金属催化剂，例如铁或钴。催化剂通常负载在碳或二氧化硅上以优化其活性。产品主要成分为直链烷烃和烯烃，副产物为少量芳烃、水和二氧化碳。

2007年2月，中国化学家首次在水介质中实现了费托合成，比现有的费托合成工艺更清洁、更高效。在全球面临石油短缺的形势下，费托合成已成为世界各国政府能源战略决策中的重要研发目标。

自2005年以来，在国家自然科学基金的支持下，北京大学化学研究所寇元教授研究组开展了离子液体和水相的费托合成研究，利用水溶性聚合物保护水中2 nm钌簇实现了对该反应的催化。这一成果近日在线发表在德国《应用化学杂志》上，立即引起关注。2007年2月，英国皇家化学学会期刊《化学世界》以“水相费托合成清洁绿色”为题发表评论，指出“中国科学家首次在水介质中实现了费托合成，向烃类燃料的绿色生产迈进了一大步”。

寇源在接受《科学时报》记者采访时表示，目前工业上的费托合成主要在负载金属催化剂的浆态床等反应器中进行，存在明显的缺陷:能耗高、效率低、操作复杂。反应温度通常达到240℃，反应后产生的油经常与催化剂混合。反应器越大，淤浆反应操作越复杂。

研究小组提出的新方法是在水中进行反应，使用钌簇作为催化剂。这种无载体催化剂比通常的催化剂具有更高的活性，因此反应可以在较低的温度下进行。在150℃的催化活性比传统负载型催化剂高35倍，在100℃的活性与负载型催化剂在200℃的活性相当。由于减少了反应过程中高温造成的能耗，经济性明显提高。另外，由于烃类产物不溶于水，反应后生成的油会从水体中分离出来，所以得到的燃料油不会被催化剂污染。

费托合成的一般工艺流程主要包括煤气化、气体净化、费托合成和产品精制升级。合成气中氢气与一氧化碳的摩尔比要求为2 ~ 2.5。反应器采用固定床或流化床。如果主要生产柴油，应采用固定床反应器；如果主要生产汽油，最好使用流化床反应器。近年来开发的浆态反应器适用于直接利用德士古煤气化炉或鲁奇炉渣气化炉产生的合成气。铁化合物是费托合成催化剂较好的活性组分。寇远说，能源的利用是一个科学和技术问题，但是，合理和有效地利用能源是政府的对策。美国在每个能源领域都有绝对优势，因为政府决策在其中发挥了作用。

作为北京大学教授、国家自然科学基金委评审专家，寇源希望在基础研究领域着眼于国家的长远需求，为政府合理有效利用能源提供政策依据。

“我们国家面临两个时间限制:一个是没有石油的时候，一个是没有煤炭的时候。”颜元说。中国石油资源不丰富，需要大量进口，所以更注重煤炭的利用。但是，当煤炭的使用造成了过于严重的后果，或者说当煤炭枯竭的时候，必然会进入后石油时代、后化石能源时代。

两个时代的任务不同:后石油时代的任务是合理、清洁地使用煤炭，用煤炭替代石油；后化石资源时代就是如何利用生物质。

虽然这些可能是50年或者几百年后的悲观图景，但是基础研究要着眼于50年后的未来，科学家需要做出长期持续的努力。关元认为:“能源领域科学家的责任是找到一种更高效、更绿色的用煤代替石油的方法，以及更简单、更方便的利用生物质的方法。”