德国成功用纳米反应器生产汽油

科技部

瑞士鲍尔-希尔内（Paul Scherrer）研究所和苏黎世联邦理工大学(ETH )在德国早先技术的基础上，在实验室成功研制一种微型化学反应器，用这种反应器未来人们能更环保和更经济地生产汽油和柴油。反应器由仅仅几个纳米大小的沸石晶体构成，研究人员改变晶体结构，经过两个步骤就能生产出燃料。

用工业的方法生产燃料早已有之。早在1925年，德国化学家弗朗茨-菲舍和汉斯-托普西开发出一种利用合成气体—一氧化碳和氢气，生产碳氢化合物，如汽油和柴油。原先人们希望由德国富有的煤炭制备合成气体，后来主要是天然气作为原料，但是木材、污泥或者作物秸秆在未来将代替这种功能。

这种菲舍-托普西（Fischer-Tropsch）方法在工业上早已试验过，其生产燃料的成本比传统的由石油生产燃料贵很多。如果能制造一种承担若干必要的转换步骤的多功能反应器，则这种方法的成本会下降很多。但是目前每一个转换步骤需要一个独立的反应器，这样无疑推高了制造成本。

现在新开发的纳米反应器只需执行菲舍-托普西（Fischer-Tropsch）方法的两个步骤，每个步骤必需一个独立的反应器。第一个反应器承担第一个步骤，将合成气体转化为各种碳氢化合物，其中也有汽油的成分。第一步也生产了不受欢迎的长链碳氢化合物，这种长链碳氢化合物也存在于燃油中。为了在终端产品中提高较高价值的短链的碳氢化合物成分，因此有必要实施第二步骤，即裂解。在裂解中不受欢迎的长链分子将分解为短链分子。在新的纳米反应器中，这是重要的一步。

制造这种纳米反应器，科学家使用了沸石的纳米晶体。沸石的晶体结构具有很多相同大小的气孔，这些气孔提供了发生化学反应的表面，并提高反应器的效率。因为所有气孔几乎一样大小，沸石反应器可以像筛子一样工作。统一的气孔尺寸将产品种类限制在一种能通过气孔的分子水平。

这种新型纳米反应器能够完成菲舍-托普西（Fischer-Tropsch）方法的两个步骤，还不是归功于沸石的自然特性，而是在实验室的改变。科学家用腐蚀剂对沸石晶体蚀刻穿孔，并将钴纳米颗粒放进这些空洞中，这些钴颗粒在工业上用着催化剂，在菲舍-托普西方法中也用着催化剂，有利于第一步转化过程。在裂解过程中，纳米反应器也借助于这种化学处理，即溶剂在沸石的气孔中造出一些进行化学反应的地方，这些地方将长链碳氢化合物催化分解为短链的对应物质，也就是裂解。