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文檔簡介
面向二氧化碳的光子科學建制化研究平臺CO2-orientedInstitutional
Research
Platformof
PhotonScience中國科學院上海高等研究院(SARI)科研單元布局
ResearchdepartmentsatShanghaiAdvanced
ResearchInstitute
(SARI)
基礎交叉研究中心Interdisciplinaryfundamentalresearches智能信息通信技術研究與發展中心Informationandcommunication上海同步輻射光源ShanghaiSynchrotron
Radiation
Facility
(SSRF)國家蛋白質科學研究設施(上海)Nationalcenterfor
proteinscience
SH低碳轉化科學與工程中心Lowcarbonscience
andengineering先進能源系統與裝備研究與發展中心Advancedenergysystemandequipment綠色化學工程技術研究與發展中心Greenchemistryandchemicalengineeringl目前實現大規模化石能源零排放利用的唯一選擇/low-
carbonuseoffossilenergy
on
a
large
scalel保持電力靈活性的主要手段/Maintaining
electricalflexibilityl鋼鐵
、
有色
、
化工
、
水泥等難
減
排
行
業
的
必
要
方
案
/Solution
for
steel,
non-ferrous,chemical,
cementandother
processindustriesl非化石能源
“
碳元素
”獲取
和
循
環
利
用
的
主
要
手
段/Sourceofnon-fossilcarbon
elementl與新能源等耦合的負排放技術是實現碳中和目標的托底
保障/Negative
emission
technologies
coupled
with
newenergy
arethe
underpinning
guaranteeforachievingcarbon
neutrality碳捕集利用與封存(CCUS)的概念和定位PositionandconceptofCarbonCapture,
Utilization
and
Storage
(CCUS)CCUS是指將CO2從碳利用過程與大氣中分離出來,直接加以利用或注入地層以實現CO2減排的工業過程
CCUS:SeparateCO2
withthefollowing
utilizationor
injection
into
geologicalformations碳中和愿景下CCUS的定位和作用Orientationand
roleofCCUSina
carbon
neutral
vision來源:中國CCUS年度報告(2021)
Source:Annual
reportofCCUS
inChina上海高研院在CCU領域已具備了顯著的學術和行業影響力SARI’sfocusandinfluence
in
CCU知名期刊論文400余篇Over400
High
Profile
Papers牽頭制定國家戰略NationalCCUS
Strategy基礎前沿系列突破Fundamental
Researches關鍵技術形成示范IndustrialDemonstrationAdsorption-based
CO2
capture
CO2
reforming
of
CH4
CO2
hydrogenation
to
MeOH
Microalgae-based
CO2
fixationCCUS
RoadmapChina
(2011)Tech.
Evaluationon
CCU
in
China
(2013)CCUS
RoadmapChina
(2019)Tech.
Evaluationon
CCUS
in
China
(2021)碳轉化CO2
Conversion高活性高選擇性催化劑(High
performing
catalysts)CO2高效定向活化機理(Effective
and
selective
activation)
多尺度碳利用過程機制(Multi-scale
mechanism)碳捕集CO2
Capture高性能捕集介質設計(High
performance
capture
agent)吸脫附原位動態機制(In-situ
dynamic
mechanism)低能耗捕集過程強化(Process
intensification)Research探索一代 研發O示范一代Improving
Reduction2nd
Gen.1st
Gen.3rd
Gen.LoweringCost2nd
Gen.3rd
Gen.1st
Gen.CCU發展趨勢:降能耗、
降成本FutureofCCU:
Energy
reduction,lowering
cost碳排放Carbon
Emission
一代TimeTimeCost上海光源目前有27線39站服務用戶,
10線20站在建,總投資近35億,是我國目前服務用戶最多、
成果
產出率最高的大科學裝置。
SSRF
provides
27
beamlines
and
39
end
stations
in
operation,
andthere
are
10beamlines
and
20
end
stations
under
construction,with
a
total
investment
ofnearly
3.5
billionYuan.The
largest
numberofusersandthehighest
output
rate
in
China.電子能量
Electron
Energy:3.5GeV周長
Perimeter:432m流強
BeamCurrent:260
0.5mA
(Topup)自然發射度Natural
Emittance:
3.9nm-rad上海光源:中能第三代同步輻射光源
SSRF:
Medium
EnergyThirdGenerationSynchrotron
Radiation
LightSource
3.5GeV電子儲存環總長432m150MeV電子
直線加速器27線39站運行全能量增強器
C=180m建制化團隊Institutional
Team上海高等研究院(SARI)大連化學物理研究所(DICP)上海應用物理研究所(SINAP)化學研究所(IC-CAS)面向二氧化碳的光子科學建制化研究平臺
CO2-oriented
Institutional
Research
Platform
of
Photon
Science
CCU領域基礎科學問題ScientificfundamentalsonCCUCCU領域的新理論、
新方法、
新過程Newtheory,
new
methods,
newprocessfor
CCUCCUS技術專屬研發平臺Dedicated
R&D
platformforCCU建制化研發能力
Institutional
ResearchCapability
立方級評價裝置
Nm3-scale
evaluation基于光子科學的先進表征平臺PhotonScience-basedAdvancedCharacterization
PlatformBL16B1超快成像線站高通量XRD/SAXSBL05U
ED-XASSpectroscopy)建制化研發能力
Institutional
ResearchCapability
l
能量色散X射線吸收譜(
Energy
dispersive
XAS)40000images/s
collectionGPU加速的重構算法,大幅度提升實驗效率和重構速度GPUacceleratedreconstructionalgorithms譜學計算解析局域結構/吸附基團信息XAFScalculationstodetermine
localstructure/adsorptiongroupl
吸收譜多重散射模擬(
Multiple-ScatteringCalculationsofXAFS
)基于軟X射線的精細電子結構Fineelectronicstructurebased
on
soft-X-RayProcessingsoftwarefortime-resolvedstructuraldynamicsl
X射線共振發射譜(
Resonant
X-ray
Emissionl
全場納米CT(
Full
Field
NanoCT)Traditionaltech.
Research
goalImprove
>
100%MaterialefficiencyTotal
energyconsumptionTotal
cost針對傳統碳捕集技術能耗高、
成本高的關鍵瓶頸,改變二氧化碳解吸過程熱力學驅動力,構建碳捕集新方法,大幅提升捕集時效并降低反應能耗,從而大幅降低碳捕集及利用綜合減排成本Developing
newcapture
process
usingalternativethermodynamicdrivingforceof
CO2,
so
as
to
increasethecaptureefficiencyandreducetheenergy
consumption
共反應物化學活性推動CO2捕集-轉化一體化Chemistrypotentialpromotesintegratedcapture&
conversion
吸附劑結構柔性推動“呼吸式”吸脫附Flexiblestructurepromotes
"breathing"adsorption&desorption
原位、實時、動態表征Insitu,real-time,dynamiccharacterization理論/方法創新推動技術創新Theoretical/methodologicalinnovationpromotestechnologicalinnovation
捕集率、轉化率均大于90%Capture
rate&conversion
rate
>90%
吸附容量大于12wt.%Adsorptioncapacity
>
12wt.%碳捕集關鍵技術瓶頸Keytechnical
bottlenecks能耗
Energyconsumption
>2.5GJ/tCO2
成本Cost
>260
RMB/tCO2混合MixLeanphaseCO2富相Rich
phase研究領域1:低成本碳捕集
Research
area
1:
Low-cost
CO2capture
Phasesplitter分相器Decrease
>20%Decrease
>
10%CO2貧相通過原位XAS技術深入研究了CO2捕集-甲烷化一體化過程在臨氧條件下的失活機理,構建了具備“犧牲位點”
的吸附-催化雙功能材料,支撐完成了千方級小試,碳捕集率和轉化率均達到90%以上In-depthinvestigationonthedeactivationunder
aerobic
conditionwas
investigated
using
in-
situXAS,and
new
materialswith
“sacrificial
sites”weredesigned,
basedwhich
1000-Nm3
scaletestingwascarriedout,achievingover90%CO2
captureand
conversion
ratio研究領域1:低成本碳捕集
Research
area
1:
Low-cost
CO2capture
95%CO2捕集CO2
capture93%CO2轉化CO2
conversion94%溫室效應降低GHG
reduction基于XAS的原位失活機制研究組件和數據拾取、分析方法In-situXASdatacollection,
processing,andinterpretationNi-based
DFMswithhighoxygen-resistanceforintegratedCO2
captureandconversion,Publicationpreparation臨氧條件快速失活
高耐氧穩定性運轉研究手段
MethodologySynchrotron
Structure-functionradiation
detection
relationshipInterfacecollaborationGas-solid/liquid-solidinterface針對CO2熱催化中表界面結構動態演變和電催化還原C2
+產物選擇性調控問題,發展高壓動態XAS及IR表征方法
和高靈敏液固界面探測的XAS及XPS表征方法,實現CO2熱催化還原精準調控和工業電流密度高選擇制C2新過程Aimingatthedynamicevolution
of
surface
interface
structure
and
the
selective
conversion,
high
pressure
dynamicXASandIRcharacterizationmethodsand
highlysensitive
liquid-solid
interface
detection
ofXAS
and
XPScharacterization
methodsweredevelopedtorealizeprecise
regulation
of
CO2
conversionand
particularly
new
processesofC2
productionwith
highselectivityofindustrialcurrent
density研究領域2:高選擇性CO2轉化
Research
area
2:
Selective
CO2
conversion
科學問題Question氣固/液固界面的動態演變Dynamicevolutionofgas-solid/liquid-solidinterfaceCO2活化及產物選擇性控制CO2
activation&productselectivecontrol科學目標ObjectiveCO2
reductionCO2
removalAstronautH2OelectrolysisCO2
reductionAir通過釕(
Ru)與氧化物的界面調控實現CO2定向還原生成CH4或CO,研制高性能Ru基CO2
甲烷化催化劑并
成功應用于我國空間站Directed
reductionofCO2
toCH4
orCOwasachieved
byinterfacial
regulationof
ruthenium
(Ru)
and
oxide.
The
high-performance
Ru-basedCO2
methanationcatalystwasdevelopedandsuccessfully
applied
to
the
Chinesespace
station二氧化碳還原組件在空間站核心倉穩定運行超過6個月TheCO2
reduction
moduleoperatedsteadilyinthe
station'score
module
for
more
than
6
monthsH.Xin,Q.
Fu*,XH
Bao*,J.Am.
Chem.
Soc.2022,
144,
11,4874研究領域2:高選擇性CO2轉化
Research
area
2:
Selective
CO2
conversion
揭示覆蓋度驅動的C2產物選擇性變化機制,實現安培級(
3.1A
cm-2
)電流密度CO2電催化還原制乙酸等C2
+產物,
乙酸的碳選擇性達到70%,CO單程轉化率達到75%The
selectivity
change
mechanism
ofC2
products
driven
by
coveragewas
revealed,
and
C2
+
products
such
as
aceticacidwere
produced
byCO2
electrocatalytic
reductionatampere-level
(3.1
A
cm-2)
current
density.
The
carbonselectivityofaceticacid
reached70%andthe
conversion
rate
of
CO
reached
75%研究領域2:高選擇性CO2轉化
Research
area
2:
Selective
CO2
conversion
P.
F.Wei,
D.
F.Gao,T.
F.
Liu,G.X.Wang,X.
H.
Bao,
et
al.,
Nature
Nanotechnology,
in
press.組裝出最高功率2.85千瓦的電解電堆Assembleanelectrolytic
reactorwiththe
highest
powerof2.85
kWC2產物乙烯和乙酸選擇性的精準調控Preciseselective
regulationofethylene/aceticacidproduction針對固體氧化物電解池高溫制氫材料界面活化機理、
輸運機制及反應過程等關鍵科學問題,發展同步輻射
原位衍射、
吸收和成像方法,建立國際先進的高溫電化學同步輻射原位研究平臺,解析界面結構演變與電
池性能衰減的關聯機制,研制高電流長壽命電解池,達到國際領先水平Focusingonthe
interfacialactivation
mechanism,transport
mechanism
and
reaction
process
of
high
temperature
H2
production
materials
in
solid
oxideelectrolyticcell,wedeveloped
in-situ
diffraction,
absorptionand
imaging
methodsofsynchrotron
radiation,establishedan
internationally
advanced
in-
situ
research
platform
for
high
temperature
electrochemical
synchrotron
radiation,
analyzed
the
correlation
mechanism
betweeninterfacestructureevolutionand
batteryperformance
attenuation,
and
developed
highcurrentandlong
lifeelectrolytic
cell研究領域3:高溫電解水制氫
Research
area
3:
High-temperature
H2O
electrolysis
PhasetransitionActivation
ElementDifferentTech.TemperatureMaterial
poisoning
InternationalHydrogenelectrode
reactioninterfaceLatticethermal
mismatchChemicalcompatibilityPore
structureParticlecoarseningCu
溫馨提示
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