以二氧化碳規模化利用技術為核心的碳減排方案
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中國科學院上海高等研究院研究團隊通過成功設計新型高性能催化劑，在?CO2加氫一步轉化高選擇性合成汽油方面取得新突破（圖?5）。在該催化劑上，CO2加氫烴類產物中汽油餾分的選擇性高達?80％，而?CH4僅有?1％，且烴類組分以高辛烷值的異構烴為主，因此是航空汽油和車用汽油的優良替代燃料，具備了示范應用的條件。該工作被認為是?CO2轉化領域的一大突破，為?CO2轉化為化學品及燃料提供了重要的平臺。
圖 5 二氧化碳加氫直接制汽油生產路線
以核能耦合?CO2加氫直接制汽油為例，采用高溫氣冷堆驅動的高溫蒸汽電解工藝為：單位氫氣的生產能耗為?34．01?千瓦時／千克，以?0．3?元／千瓦時的核能發電電價為基準，所產氫氣的盈虧平衡價為?13．42?元／千克。采用?CO2加氫制汽油工藝生產高附加值的油品，噸油品耗氫量為?6?000?立方米，其中汽油的選擇性為?78．6％，扣除燃料氣等副產品后，汽油生產成本為?7?622?元／噸。基于我國目前的汽油出廠價，考慮未來化石能源利用的限制，國家對清潔燃料的推廣以及碳稅政策的實施，當碳稅高于?286?元／噸時，該系統的經濟競爭力將逐漸顯現。
截至?2018?年底，我國投入商業運行的核電機組額定裝機容量達到?44?645．16?兆瓦時，累計發電量為?2?865．11?億千瓦時。根據中國《電力發展“十三五”規劃》，2020?年全國核電裝機將達到?5?800?萬千瓦，2030?年將進一步達到?1．36?億千瓦，發電量達到約?10?000?億千瓦時。若考慮用于該技術的核能發電量比例?2020?年為?10％，2030?年上升至?30％。則?2020?年使用核能耦合?CO2制汽油工藝，可生產清潔汽油?155?萬噸，生產過程直接消耗?CO2610?萬噸，實現產值?93?億元，CO2總減排量達?1?063?萬噸；2030?年，汽油產品增加至?1?100?萬噸，直接消耗?CO24?280?萬噸，實現產值高達?660?億元，CO2總減排量進一步上升至?7?480?萬噸，具有巨大的經濟效益和環保效益。
針對零碳能源耦合二氧化碳的轉化利用工藝，未來需要解決的關鍵技術問題包括：開發廉價高效的電極材料，實現工業級電解水工藝的開發；通過合成方法學、新材料與新結構的創制、催化構效關系的認識等，實現高活性、高選擇性和高穩定性催化劑的規模化制備；解決反應器與催化劑匹配過程強化技術，克服傳遞過程限制，有效提升反應器效率與操作彈性、穩定性。