“有序推進碳達峰
碳中和工作。落實碳達峰行動方案。”2022年政府工作報告再次吹響向“雙碳”目標邁進的號角。
這一目標的實現(xiàn)離不開科技支撐。作為國家戰(zhàn)略科技力量，中國科學院近日公布科技支撐“雙碳”戰(zhàn)略行動計劃，眾多關(guān)鍵核心技術(shù)出現(xiàn)在其中。
作為國家戰(zhàn)略科技力量的主力軍，中科院有哪些現(xiàn)成的“雙碳”技術(shù)寶藏可挖呢？兩會期間，《中國科學報》分別連線了中科院位于西北、中部和東部地區(qū)研究所的三位院士，了解他們圍繞“碳”字正在開展的工作。
周衛(wèi)健·研究所坐標西安
固廢“吃干榨凈” 支撐循環(huán)經(jīng)濟
“實現(xiàn)碳達峰碳中和的進程中，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟十分重要。其中，固體廢物污染治理是一個重點方向。”兩會期間，全國人大代表、中科院地球環(huán)境研究所研究員周衛(wèi)健院士對《中國科學報》說。
尾礦治理是我國礦山資源開發(fā)中一塊“難啃的骨頭”。周衛(wèi)健介紹，由于我國大多數(shù)礦山礦石品位低、組分復(fù)雜，加之生產(chǎn)技術(shù)落后，開采出的礦石80%以上都變成了尾礦，年均
碳排放量14億噸，固體廢物累積堆存量高達200多億噸。同時，尾礦資源綜合回收率只有約30%，綜合利用率不到20%，且空場充填占利用總量的53%，其資源化高附加值利用量微乎其微。
事實上，礦業(yè)固廢中氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀等主量元素占比高達90%以上。“解決了主量元素分離提取利用問題，就相當于90%以上的固廢實現(xiàn)了無害化、減量化和資源化。”周衛(wèi)健說。
基于長期的基礎(chǔ)研究，她和團隊將地球化學和冶金學交叉融合，提出可實現(xiàn)“取沙留金”的新理念并開發(fā)出一種催化劑，可分離尾礦的主量元素和微量元素，有助實現(xiàn)礦山固廢的全量資源化。
去年，研究團隊把相關(guān)技術(shù)帶到企業(yè)，用爐渣（水淬渣）進行了一個多月的“拉練”。他們發(fā)現(xiàn)，在工業(yè)試驗中使用新型催化劑，在僅需250℃（相當于礦石冶煉1/5的溫度）的情況下，就能把固廢全部分離提取為有價值的產(chǎn)品，資源再利用率達到90%以上。這種方式不僅可以把尾礦“吃干榨凈”，還可以覆蓋資源回收轉(zhuǎn)化成本，每噸凈賺450元。
尾礦所得的主要產(chǎn)品如硅膠、水玻璃、保水劑、凈水劑等，不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍工和日常生活領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，更是能源、煤化工、石油化工、有色冶金等各類工業(yè)基地污水治理、凈化的主要原料，也是大范圍實現(xiàn)水土保持、固沙固土和生態(tài)恢復(fù)治理的有用產(chǎn)品。
下一步，周衛(wèi)健希望把相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到陜西白河縣硫鐵礦廢棄礦渣綜合利用中。該礦區(qū)屬于歷史遺留廢棄礦山，污染礦區(qū)點多面廣，對漢江水源造成污染，引起國家相關(guān)部門的重視。
同時，周衛(wèi)健表示，當前礦山廢棄物全量資源化的治理仍然存在一些難題。由于相關(guān)治理技術(shù)開發(fā)難度大、費用高，前期只有投入沒有產(chǎn)出，導(dǎo)致企業(yè)參與的積極性不高，許多關(guān)停的礦區(qū)更是無力處理固廢尾礦。
對此，她建議，加大政策支持與資金投入力度，促進新技術(shù)開發(fā)；設(shè)立固廢全量資源化技術(shù)
試點基地，擴大推廣速度；引入社會資本，建立多元化投入渠道；采取“誰投資誰受益”的原則，通過稅收優(yōu)惠等政策措施，鼓勵民營資本進入相關(guān)
試點領(lǐng)域。
李燦·研究所坐標大連
開發(fā)“液態(tài)陽光” 助力能源自立
“液態(tài)陽光儲能方法應(yīng)用起來成本是不是偏高？”
這可能是全國政協(xié)委員、中科院大連化學物理研究所研究員李燦院士聽到最多的問題，每一次他都會耐心地解釋。
“現(xiàn)在液態(tài)陽光的成本已經(jīng)處在與其他能源日趨接近的交叉點上了。隨著相關(guān)技術(shù)的日趨成熟和可再生能源占比的提高，它的
價格還會一路往下走，最終一定會贏。”李燦告訴《中國科學報》，液態(tài)陽光最大的一個特點就是“道法自然”，不受制于外界資源因素。
他解釋說，液態(tài)陽光本質(zhì)上是用甲醇的形式實現(xiàn)太陽能的儲存、運輸和利用。實現(xiàn)液態(tài)陽光分為兩個步驟：由太陽能等
清潔能源分解水制作“綠氫”；再由綠氫和二氧化碳反應(yīng)，生成甲醇或其他燃料和化學品。這一循環(huán)在實現(xiàn)減碳的同時，還具有消納剩余
新能源的作用。
李燦和團隊發(fā)展了高活性的固溶體催化劑，可以高效生成甲醇。目前已在甘肅蘭州建成了全球首套千噸級液態(tài)陽光合成的規(guī)模化示范工程，正在開展十萬噸級的液態(tài)陽光工業(yè)化。
在他看來，液態(tài)陽光可能孕育了一場重大的能源革命，它能替代化石能源，最大程度減少碳排放，幫助人類實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。他給記者算了一筆賬：“一噸甲醇相當于消納6000多度電，一個規(guī)模為100萬噸甲醇級別的中型企業(yè)就能消納60億度電，儲能潛力巨大。”
同時，與業(yè)界看重的氫能相比，液態(tài)陽光具有運輸安全、經(jīng)濟等特點，而且其應(yīng)用面非常廣，當前發(fā)展如火如荼的新能源車就是應(yīng)用目標之一。“
綠色甲醇就像汽油一樣可以用于汽車的內(nèi)燃機燃燒，但它排放的是水和氫，非常環(huán)保。”李燦表示，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)十分成熟。
在工信部發(fā)布的《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》中，甲醇汽車已被納入綠色產(chǎn)品，該規(guī)劃還提出要促進甲醇汽車等替代燃料汽車推廣。“從戰(zhàn)略資源角度考慮，假如所有的汽油都用甲醇來代替，我國石油進口的問題就能大大減少，國家能源安全就沒有那么大的風險。”李燦說，而如果采用甲醇作為燃料，新能源汽車發(fā)展也將無懼鋰資源的制約。
目前工業(yè)領(lǐng)域甲醇產(chǎn)能每年約9000萬噸，如果用液態(tài)陽光甲醇來代替，就可以減少二氧化碳排放1.2億噸以上。李燦表示，十萬、數(shù)十萬噸綠色甲醇制造已經(jīng)起步。“樂觀預(yù)測，2030年其減碳貢獻份額將進一步增大。”他說。
廣泛布局多點開花 碳資源華麗變身
二氧化碳、生物質(zhì)、廢舊塑料轉(zhuǎn)化、廚余垃圾資源化利用……近些年，相關(guān)研究是中科院化學研究所研究員韓布興院士及其團隊的研究重心。
按他的話說，這些方向看似五花八門，但同屬綠色化學范疇，都與一個“碳”字相關(guān)。“化學是一門創(chuàng)造物質(zhì)的科學。這些研究的本質(zhì)都是如何將含碳物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化利用的問題。”他對《中國科學報》說。
“無中生有”，將全球主要溫室氣體二氧化碳固定在一種可利用的產(chǎn)品中是當前國際研究熱點。用二氧化碳制備一氧化碳、甲醇、乙醇、烯烴、烷烴、羧酸……韓布興的實驗室正在拓展二氧化碳“變身”各種重要化學品和燃料的新路線。
以二氧化碳加氫制乙醇和液態(tài)烴為例，韓布興表示，這種液體燃料與氫能相比，無論運輸、儲藏還是使用都更具安全性。針對二氧化碳轉(zhuǎn)化利用過程中涉及到的熱力學和動力學問題，他和團隊還把物理化學和綠色化學研究相結(jié)合，設(shè)計了多種高效催化材料和綠色溶劑，提高轉(zhuǎn)化速率。
“現(xiàn)在化石資源的利用導(dǎo)致全球每年排放約350億噸二氧化碳，而全球二氧化碳資源化利用剛超過1億噸。下一步往前推，難度挺大。”韓布興表示，只有把相關(guān)研究產(chǎn)業(yè)化的面拓寬，未來二氧化碳利用量才會更大。
這正是他在不同方向廣泛布局的一個原因。在碳中和的一個重要方向——生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用方面，該團隊也“多面開花”，如生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成苯（基本化工原料）、苯酚（樹脂、殺菌劑、防腐劑以及藥物的重要原料）、環(huán)己酮（可溶解硝酸纖維素、涂料、油漆等）、生物質(zhì)炭等。
韓布興團隊正在與河北唐山一家公司合作，利用秸稈、林業(yè)廢棄物等制作生物質(zhì)炭。據(jù)介紹，生物質(zhì)熱解后的主要產(chǎn)物是固體的生物質(zhì)炭、有機物液體和可燃氣體，整個過程沒有污染。加工而成的生物質(zhì)炭以一定比例與煤炭混合使用，可以使煤炭充分燃燒，減少污染。
“現(xiàn)在（生物質(zhì)炭）主要用于民用和中小型鍋爐，未來將力爭推廣到鋼鐵和火電等行業(yè)，這樣可大幅提高生物質(zhì)用量，降低污染。”韓布興說。
不僅如此，針對國內(nèi)大量廢舊塑料帶來的環(huán)境污染和資源浪費問題，該團隊與企業(yè)合作讓廢舊塑料轉(zhuǎn)變?yōu)橛汀ａ槍值牟蛷N垃圾問題，該團隊正在和企業(yè)合作將其變成有機肥等。此外，他們還開發(fā)一系列綠色溶劑，替代現(xiàn)有碳資源轉(zhuǎn)化中使用的揮發(fā)性溶劑，提高反應(yīng)效率和清潔度。
“作為‘國家隊’‘國家人’，必須心系‘國家事’、肩扛‘國家責’。最近中科院提出的科技支撐‘雙碳’戰(zhàn)略行動計劃非常好。”韓布興說，“雙碳”目標的實現(xiàn)是一個系統(tǒng)工程，需要能源革命、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、人類生產(chǎn)生活方式的變革?？茖W技術(shù)的重大進步是實現(xiàn)“雙碳”目標的重要保障，需要“實實在在的努力”。
【版權(quán)聲明】本網(wǎng)為公益類網(wǎng)站，本網(wǎng)站刊載的所有內(nèi)容，均已署名來源和作者，僅供訪問者個人學習、研究或欣賞之用，如有侵權(quán)請權(quán)利人予以告知，本站將立即做刪除處理（QQ：51999076）。
國家工信部備案/許可證編號京ICP備16041442號-7 
??5群
