浙江
前言
近年來(lái)，中國(guó)科技不僅在航天領(lǐng)域取得重大進(jìn)展，在能源與環(huán)保方面也展現(xiàn)出強(qiáng)大實(shí)力。
尤其是在甲烷捕獲技術(shù)上，這一曾被國(guó)際社會(huì)視為“無(wú)法攻克”的難題，中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)?wèi){借多年攻關(guān)，最終實(shí)現(xiàn)突破性成果。
面對(duì)美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家多年未果的技術(shù)瓶頸，中國(guó)成功實(shí)現(xiàn)了低濃度甲烷的高效捕捉，將“不可能”變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)！
甲烷捕獲
甲烷（CH?）是一種無(wú)色無(wú)嗅氣體，廣泛存在于天然氣、煤層氣及垃圾填埋場(chǎng)中。
其溫室效應(yīng)強(qiáng)度是二氧化碳的20倍，因此被認(rèn)為是全球變暖的重要推手之一。
特別是在煤礦作業(yè)過(guò)程中，甲烷泄漏極易引發(fā)爆炸，嚴(yán)重威脅礦工生命安全。
在低濃度條件下，甲烷的收集和分離尤為困難。
當(dāng)濃度處于2%-8%區(qū)間時(shí)，它與空氣混合后難以有效分離。
傳統(tǒng)捕集方式成本高昂，且缺乏高效的處理手段。
盡管多國(guó)投入大量資源研究低濃度甲烷捕獲技術(shù)，但至今仍未找到經(jīng)濟(jì)可行的解決方案。
美國(guó)能源部在過(guò)去十年中投入數(shù)億美元，聯(lián)合多個(gè)科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)共同探索相關(guān)技術(shù)。
美方嘗試多種方法試圖將甲烷轉(zhuǎn)化為可用能源，但最終未能取得理想效果。
技術(shù)始終未能實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵突破，最終他們選擇終止項(xiàng)目。
主要原因在于，低濃度甲烷的捕集成本過(guò)高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其潛在能源價(jià)值。
即便經(jīng)過(guò)多年實(shí)驗(yàn)，無(wú)論是在經(jīng)濟(jì)性還是轉(zhuǎn)化效率方面，均存在難以逾越的障礙。
研究人員坦言，始終未能找到有效的技術(shù)路徑。
從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，這項(xiàng)技術(shù)的投入產(chǎn)出比極不均衡。
中國(guó)團(tuán)隊(duì)的十年攻堅(jiān)
2009年，楊江峰博士還是一名研究生，在一次學(xué)術(shù)交流中聽到專家討論甲烷低濃度捕獲問(wèn)題。
他并未被困難嚇退，反而立下決心要破解這個(gè)世界級(jí)難題，并堅(jiān)定表示：“別人做不到的事，我們未必不行。”
從此，中國(guó)的甲烷捕獲研發(fā)團(tuán)隊(duì)正式組建，成員包括多位青年科研人員與資深指導(dǎo)老師。
當(dāng)時(shí)科研條件十分艱苦，設(shè)備老舊，資金緊張，實(shí)驗(yàn)室僅有幾臺(tái)基礎(chǔ)檢測(cè)儀器。
為維持研究進(jìn)度，團(tuán)隊(duì)成員自費(fèi)購(gòu)買實(shí)驗(yàn)材料，李晉平教授甚至動(dòng)用個(gè)人積蓄支持項(xiàng)目推進(jìn)。
盡管面臨重重困難，整個(gè)團(tuán)隊(duì)始終保持高漲的研究熱情，全身心投入到未知領(lǐng)域的探索。
初期階段，他們決定采用沸石分子篩技術(shù)，這種材料因具備多孔結(jié)構(gòu)而被認(rèn)為具有應(yīng)用潛力。
沸石分子篩內(nèi)部如同微型海綿，擁有眾多微孔結(jié)構(gòu)，能夠吸附氣體分子，但天然沸石孔徑分布不均，導(dǎo)致甲烷難以穩(wěn)定進(jìn)入或被有效捕捉。
為此，團(tuán)隊(duì)從200余種分子篩中篩選出性能最優(yōu)的硅鋁基人工合成材料。
關(guān)鍵突破在于對(duì)孔道結(jié)構(gòu)的精確調(diào)控，楊江峰及其團(tuán)隊(duì)通過(guò)顯微鏡反復(fù)試驗(yàn)，歷經(jīng)數(shù)年完成了超過(guò)25000次實(shí)驗(yàn)。
其中一次實(shí)驗(yàn)因設(shè)備故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，雖一度令人沮喪，但團(tuán)隊(duì)迅速調(diào)整狀態(tài)重新開始。
為觀察微觀結(jié)構(gòu)變化，研究人員每天工作超過(guò)14小時(shí)，有人因長(zhǎng)時(shí)間使用顯微鏡導(dǎo)致眼部充血，更有成員因連續(xù)熬夜暈倒在實(shí)驗(yàn)臺(tái)。
首次在煤礦現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，粉末狀吸附劑造成設(shè)備堵塞，導(dǎo)致甲烷分離效果不佳。
經(jīng)過(guò)深入分析，團(tuán)隊(duì)決定改進(jìn)吸附劑形態(tài)，將其制成顆粒狀并添加晶種。
這一策略取得了顯著成效。
新顆粒結(jié)構(gòu)類似于紅細(xì)胞，形成復(fù)雜聚集體，通道縱橫交錯(cuò)，極大提升了甲烷的吸附與釋放效率。
經(jīng)過(guò)多次優(yōu)化與驗(yàn)證，最終該吸附劑實(shí)現(xiàn)了80%的甲烷捕獲率。
這一成果為煤礦瓦斯治理提供了切實(shí)可行的技術(shù)方案。
從實(shí)驗(yàn)室到實(shí)際應(yīng)用的跨越
在完成多輪實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后，李晉平教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)將該技術(shù)應(yīng)用于全國(guó)首個(gè)可移動(dòng)撬裝式甲烷捕獲裝置，并在煤礦現(xiàn)場(chǎng)部署。
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，瓦斯捕獲效率大幅提升，并成功轉(zhuǎn)化為電能。
這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用大幅提升了煤礦作業(yè)的安全性。
原本危險(xiǎn)的甲烷氣體如今被高效回收并用于發(fā)電，不僅增強(qiáng)了礦區(qū)的能源自給能力，也為周邊地區(qū)提供了穩(wěn)定的電力支持。
礦工們不再擔(dān)心爆炸風(fēng)險(xiǎn)，礦區(qū)用電也更加充足。
該技術(shù)不僅提升了安全生產(chǎn)水平，還在環(huán)境保護(hù)方面發(fā)揮了積極作用。
作為強(qiáng)效溫室氣體，甲烷排放對(duì)全球氣候變化影響深遠(yuǎn)。
通過(guò)捕獲并利用甲烷，既減少了溫室氣體排放，又創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，避免了能源浪費(fèi)。
煤礦企業(yè)在引入該技術(shù)后，事故率明顯下降，電費(fèi)支出大幅減少，運(yùn)營(yíng)壓力得到有效緩解。
周圍村莊與工廠也因此受益于新增的清潔能源，居民生活質(zhì)量進(jìn)一步提升。
該技術(shù)不僅在國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用，也引起了國(guó)際社會(huì)的高度關(guān)注。
多國(guó)對(duì)中國(guó)團(tuán)隊(duì)取得的成就表示贊賞，并有意引進(jìn)這一創(chuàng)新技術(shù)。
一位來(lái)自美國(guó)的能源專家在實(shí)地考察后感嘆，此前本國(guó)投入巨資卻未能攻克這一難題，而中國(guó)團(tuán)隊(duì)僅用數(shù)年時(shí)間便實(shí)現(xiàn)突破，令人欽佩。
這一成果標(biāo)志著中國(guó)在全球環(huán)保與能源技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域的崛起，充分展現(xiàn)了科研團(tuán)隊(duì)的堅(jiān)持與智慧。
結(jié)語(yǔ)
這項(xiàng)技術(shù)的成功，不僅是中國(guó)科技創(chuàng)新能力的重要體現(xiàn)，更是科研人員頑強(qiáng)拼搏精神的真實(shí)寫照。
經(jīng)過(guò)十年不懈努力，中國(guó)終于解決了這一世界級(jí)難題，為煤礦安全提供了堅(jiān)實(shí)保障，也為全球溫室氣體減排貢獻(xiàn)了全新方案。
這不僅是一項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步，更象征著中國(guó)科研力量的崛起。
展望未來(lái)，中國(guó)將在更多科技領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。我們有理由相信，隨著持續(xù)的努力，更多曾經(jīng)看似“不可能”的挑戰(zhàn)將被逐一征服，為世界科技進(jìn)步注入強(qiáng)大動(dòng)力。
參考資料：
《此前尚無(wú)先例！我國(guó)成功攻克這一世界性難題》觀察者網(wǎng)
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