生物基科技进展| 费托合成

今年是费托合成发现100周年——这个能将煤炭、天然气、生物质转化而来的合成气（一氧化碳和氢气）变为液体燃料或烯烃等宝贵化学品的工艺，是现代能源化工的基石之一。但这一“百年反应”也一直面临一个老大难问题：高碳排放。

令人振奋的是，中国科学院山西煤炭化学研究所温晓东研究员团队与北京大学马丁教授团队合作，10月30日深夜在国际学术期刊《科学》上发表突破性成果，成功破解了“费托合成高碳排放”百年世界难题。

研究发现，在将合成气转化为油品或是烯烃的费托合成反应中，只需在其中“加入”极其微量的卤素化合物，就能显著改变铁基催化剂的反应行为：几乎不产生二氧化碳，同时将合成烯烃和液体燃料的效率提升至新高度，为我国推动煤、天然气等碳资源的绿色转化，提供了切实可行新路径。

马丁介绍，早在1925年，德国化学家费舍尔和特罗普施就首次提出：通过催化剂，可将合成气转化为液体燃料或高值化学品。但二氧化碳副产问题是制约其绿色升级的最大挑战之一。“对此，我们提出了一个出人意料的简单方案：在反应气体中，加入百万分之一浓度的卤素化合物（如溴甲烷、碘甲烷等），就像在烹饪中加入一滴‘分子级调味料’。这个微小的添加量，竟然带来了巨大的反应差异。”

这些卤素分子在反应中不会直接转化，而是以“动态调控者”的身份存在：它们在催化剂表面不断吸附、解离、再结合，像“电子开关”一样调节铁催化剂的表面状态，阻断催化剂表面的水分子活化，从而阻断一氧化碳和水生成二氧化碳。更关键的是，这种调控方式完全不改变原有催化剂结构、无需更换设备，只需引入微量气体，就能实现“即插即用”的性能跃升。这种策略不仅简洁高效，还具有极强的工程适应性。

实验数据显示，传统铁基费托反应中，二氧化碳占比常高达30%左右；而在“卤素调控”下，这一数值可降至1%以下，几乎可以忽略不计。同时，生成的高附加值烯烃比例提升至80%以上，远超行业平均水平。“这意味着：在相同原料投入下，几乎所有碳原子都被转化为有用产物，不再白白流失为二氧化碳。这一‘低碳+高效’双重提升，为实现高碳资源利用率、高选择性产品输出的清洁化工路线，提供了技术突破口。”马丁说。

目前，研究团队已在实验室中验证了多种卤素气体的效果，并正在与相关企业合作开展中试放大、长期稳定性评估，力争将这一绿色低碳策略快速推向工业化。更重要的是，这一技术不仅适用于煤制油和煤制烯烃，也可扩展至来源于天然气、生物质和废弃塑料等多种碳源的合成气转化过程，展现出极强通用性和可持续性。

以非粮生物质为原料开发可持续航空燃料SAF为例，生物质气化-费托合成工艺极其重要。

生物质经气化、费托合成工艺转化为航煤组分是生物质航煤重要技术之一，但其商业化进展相对较慢，国内外现均处在实验室开发或中试阶段。

为探究非粮生物基SAF的探究经济可行并促进产业上下游合作，DT新材料联合生物基运输燃料技术全国重点实验室将于2025年11月27-29日在浙江·杭州举办2025（第五届）非粮生物质高值化利用论坛（NFUCon 2025）。

论坛聚焦生物质绿色预处理、非粮糖、生物质基化学品和材料、生物质能（甲醇、燃料乙醇、生物沼气、可持续航空燃料（SAF））等重要技术和产业化经验，同期举办生物基SAF产业交流会（定向邀约）、青年论坛、科技成果展示与对接等特色活动。将邀约业界上下游代表性企业与专家共同参与探讨合作，共同推动非粮生物质大规模应用，助力实现双碳目标！

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