10月16日，國家能源集團北京低碳清潔能源研究院（以下簡稱低碳院）與荷蘭埃因霍芬理工大學等機構的研究人員合作開發新型催化技術，取得重大突破性進展，相關研究成果以《基于純相χ-Fe5C2催化劑的高碳效率合成氣直接制線性α-烯烴技術》為題，發表于《自然》（Nature）期刊。該研究通過原創“純相χ-碳化鐵”催化劑，實現煤炭、天然氣或生物質轉化得到的合成氣（氫氣與一氧化碳的混合氣）直接轉化為高端化學品線性α-烯烴，可大幅提高碳效率、降低二氧化碳生成，填補了國際技術空白，為一步法制備高端線性α-烯烴提供了新途徑。研究成果提出“純相碳化鐵催化劑體系”新理論，并將新技術命名為“FTLAO”技術。
線性α-烯烴是合成高級聚烯烴、潤滑油、高級洗滌劑等高端化學品的關鍵核心原料，用途廣泛、市場需求缺口大，2023年全球消費量超過600萬噸。目前世界上線性α-烯烴主要采用乙烯齊聚技術制取，但該技術生產成本高，僅能生產偶數碳線性α-烯烴，存在國際技術壁壘。我國線性α-烯烴進口依存度高，價格居高不下，嚴重制約了我國以線性α-烯烴為關鍵原料的高端化工產業發展與更新迭代，因此開發自主知識產權的全新線性α-烯烴合成技術途徑對我國高端化工產業具有關鍵意義。
新技術首先通過煤炭在高溫下與氧氣和水蒸氣的反應，得到合成氣作為原料，再以水煤氣變換反應調整合成氣的成分，隨后在催化劑的作用下發生“FTLAO”（費托合成直接制線性α-烯烴）反應，得到混合線性α-烯烴，再經過分離即可得到純化的單碳線性α-烯烴。成果技術的二氧化碳生成量比現有技術降低80%，碳效率提升50%以上，在相同反應溫度下的α-烯烴產率為現有技術的100倍以上。新技術在250-290℃的溫和條件即可實現，為線性α-烯烴的大規模工業連續生產鋪平了道路，初步測算實現商業化后，其線性α-烯烴生產成本僅8千元/噸，可為一個年產烯烴100萬噸的煤化工廠每年創造效益近40億元人民幣。該自主知識產權技術的成功研發，對突破技術瓶頸、自主掌握我國高端化學品產業鏈技術具有重要戰略和現實意義，將引領我國線性α-烯烴產業鏈的高端化躍升。
本項目研究人員通過深入研究鐵催化劑活性相本質，提出了有別于傳統氧化鐵催化劑的全新思路，原創了高碳效率、低二氧化碳、高活性的原創“純相碳化鐵催化劑體系”，在世界上首次實現“純相χ-碳化鐵”合成，并與北京科技大學合作以環境電鏡在世界上首次原位捕捉到“純相χ-碳化鐵”的生成全過程。“純相碳化鐵催化劑”從活性相本質上提高了催化活性與碳效率，提供了新的全碳數線性α-烯烴合成技術路線，為未來C1化學領域的研究與發展開啟了新的大門。
本成果依托低碳院牽頭承擔的“十四五”國家重點研發計劃“低二氧化碳選擇性合成氣直接轉化制長鏈α-烯烴成套技術”項目，并計劃于2026年底完成萬噸級工業示范。該項技術成果分別入選工信部、國務院國資委2023年度重點產品、工藝“一條龍”應用示范方向，以及中國科協2023年“科創中國”先導技術榜單，為參評項目中唯一的催化領域技術。
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