陸攻克世界性難題！成功提濃利用「低濃度煤層氣」

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大陸《科技日報》8日報導，在煤礦百米深井下，空氣游離瓦斯（煤層氣）如同難馴的烈馬：既是礦井安全「頭號大敵」，又屬清潔能源戰略資源。

中國科學院大氣物理研究所等單位5月底主辦專業研討會上，懷柔實驗室山西研究院副院長、太原理工大學教授李晉平指出，經十餘年攻關，其團隊研發出人工沸石分子篩技術，實現易散逸、難捕獲甲烷的有效富集提濃，並將其轉化為可發電的清潔能源。

「這一技術突破，解決了煤礦開採過程中濃度為2％-8％的瓦斯利用世界性難題，有望為低濃度瓦斯高效利用提供開創性技術方案。」李晉平說。

瓦斯是賦存在煤層中以甲烷為主的烴類氣體。空氣中瓦斯含量達到5％-15％時，遇到一丁點兒火星就會爆炸。

處理瓦斯，煤礦企業一般面臨兩種選擇：通風抽放，或是直接利用。

目前，不同濃度煤層氣在中國大陸大都可實現梯級利用，唯獨濃度在2％-8％之間的低濃度瓦斯，因缺乏成熟的直接利用技術，往往只能隨煤炭開採排放至空氣中。李晉平團隊研發的矽鋁基人造沸石吸附劑，就是「盯」上這一部分瓦斯。

時間回到2009年，當時還是博士研究生的楊江峰隨李晉平參加學術會議時瞭解到，大陸每年有超過百億立方米的低濃度瓦斯被直接排放到大氣，其溫室效應強度是二氧化碳的20倍，這些無法有效利用的甲烷，實為被浪費的寶貴能源。會議結束，李晉平就開始建立團隊，啟動低濃度瓦斯提質利用研究。

歷經25000餘次艱難配方與工藝優化試驗，該團隊於2019年成功研發出具備「超疏水」特性的矽鋁基人工沸石分子篩。研究團隊在實際應用中發現，其粉末形態在吸附過程中存在氣體擴散阻力，影響實際應用效能。

關鍵時刻，李晉平提出關鍵思路：將粉末製備為小晶粒沸石，通過增大外比表面積，提升瓦斯在沸石中的擴散速率，為氣體擴散開闢更多通道。

經過多輪迭代優化，團隊最終成功製備出顆粒狀、具有「微孔-介孔-大孔」多級孔道結構的矽鋁基人工沸石。該吸附劑甲烷吸附率高達80％。2023年，這項成果應用於大陸全國首個「移動撬裝式低濃度煤層氣提濃裝置示範工程」。

「該吸附劑非常適用於中小規模煤礦企業低濃度煤層氣的提濃利用。」中北大學教授劉有智評價道，加快煤層氣的開發利用是推進能源生產和消費革命的關鍵一環，也是保障能源安全重要支撐力量。

李晉平表示，目前團隊已填補2％-8％超低濃度瓦斯規模化利用的全球空白，構建了全域煤層氣高效梯級利用的完整技術鏈。