一項(xiàng)新技術(shù)可使二氧化碳全部利用
“將化石燃料碳?xì)浠衔镌谝欢üに嚄l件轉(zhuǎn)化為CO2（二氧化碳）和H2，將H2利用燃料電池發(fā)電；CO2進(jìn)行封存利用（CCUS），被認(rèn)為是化石燃料對(duì)環(huán)境友好的能源路線。”山東大學(xué)教授朱維群日前對(duì)記者表示，將化石能源轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵞茉吹臍淠苓M(jìn)行利用，同時(shí)將產(chǎn)生的二氧化碳直接封存利用做成產(chǎn)品，這樣可形成環(huán)境友好的能源工業(yè)路線。
朱維群認(rèn)為，傳統(tǒng)能源利用方式有兩大缺點(diǎn)，一是化石燃料中的化學(xué)能必需先轉(zhuǎn)變成熱能再轉(zhuǎn)變成機(jī)械能或電能，但受材料的限制獲得的能量效率只有33～35%。摘一個(gè)是傳統(tǒng)能源利用方式給人們的生活環(huán)境造成了巨量的廢水、廢氣、廢渣、廢熱和噪聲的污染。
朱維群說，新的低碳工業(yè)材料路線是將二氧化碳封存產(chǎn)品繼續(xù)開發(fā)成高分子材料，替代一部分高耗能高排放的材料工業(yè)。這是我國大氣霧霾治理、工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、應(yīng)對(duì)全球氣候變化及實(shí)現(xiàn)生態(tài)文明等最有效的一條技術(shù)途徑。
目前在世界上沒有一條比較理想的二氧化碳化學(xué)封存利用技術(shù)路線。因此，山東大學(xué)提出了利用一部分H2與N2反應(yīng)成NH3，NH3與CO2在一定工藝過程條件下得到CO2含量最高的穩(wěn)定固體產(chǎn)品三嗪醇，剩余的H2再去發(fā)電的新技術(shù)。這項(xiàng)由山東大學(xué)開發(fā)的CO2化學(xué)利用新技術(shù)，可以在現(xiàn)有燃?xì)怆姀S或燃煤電廠、煤制天然氣及煤制油領(lǐng)域進(jìn)行全部或部分二氧化碳的封存利用。
目前的二氧化碳捕集封存（CCS/CCUS）在國內(nèi)外仍處于研發(fā)和示范階段，面臨著高成本、高能耗、長(zhǎng)期安全性和可靠性不確定等突出問題。并且額外消耗能源，采用CCS技術(shù)增加了25%~40%的額外能耗，投資巨大且不具備經(jīng)濟(jì)效益。
雖然二氧化碳驅(qū)油是目前比較好的CCUS方法，但驅(qū)油所用CO2大約會(huì)有2/3回到地表，因此CO2驅(qū)油只是短時(shí)效的CCUS項(xiàng)目，不能當(dāng)作長(zhǎng)期性的CCUS封存方法。
合成高分子材料市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊
將化石燃料碳?xì)浠衔镌谝欢üに嚄l件轉(zhuǎn)化為CO2和H2，將H2利用燃料電池發(fā)電；CO2進(jìn)行封存利用（CCUS），被認(rèn)為是化石燃料對(duì)環(huán)境友好的能源路線。
朱維群認(rèn)為，當(dāng)前，不僅火電廠排放大量的二氧化碳，傳統(tǒng)工業(yè)如電解鋁、鋼鐵、水泥、平板玻璃等也是高能耗、高排放工業(yè)體系，這對(duì)于我國的電力供應(yīng)、資源消耗、大氣質(zhì)量及水體污染等造成了巨大的壓力。
據(jù)了解，我國傳統(tǒng)制造業(yè)產(chǎn)能過剩，特別是電解鋁、鋼鐵、水泥、平板玻璃等高能耗、高排放行業(yè)迫切需要產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年底，我國鋼鐵、水泥、電解鋁、平板玻璃產(chǎn)能利用率分別僅為72%、73.7%、71.9%、73.1%。
而基于煤制甲醇基礎(chǔ)上的新型煤化工近期由于低油價(jià)的沖擊也困難重重，有關(guān)專家測(cè)算分析，煤制烯烴、煤制油、煤制乙二醇在80美元/桶原油價(jià)格體系下具有一定市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)行二氧化碳減排后，煤制烯烴、煤制乙二醇在100美元/桶原油價(jià)格體系下才具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，原油價(jià)格低于100美元/桶時(shí)，項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)難于承受；煤制油在原油110美元/桶價(jià)格下可以承受。
“開發(fā)出一條低能耗、低排放的工業(yè)材料路線是解決我國CO2、SO2及NOx排放的根本方法。在生產(chǎn)中盡可能地將CO2封存在產(chǎn)品中，在生產(chǎn)過程中不排放CO2，實(shí)際上這也是最好的CO2封存利用。”朱維群認(rèn)為，在生產(chǎn)過程中排放大量CO2，再去捕集、封存、利用，往往得不償失。
由化石燃料轉(zhuǎn)化為氨和二氧化碳，繼續(xù)合成三嗪醇/胺，進(jìn)而合成高分子材料是一條化石燃料環(huán)境友好的材料工業(yè)路線，它具有低碳、低成本的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展?jié)摿o限。
據(jù)了解，氫燃料電池發(fā)電是具有能源革命意義的新一代能源動(dòng)力系統(tǒng)，是一種可持續(xù)發(fā)展的能源，其能量轉(zhuǎn)換率可達(dá)60%-80%，使用效率是普通內(nèi)燃機(jī)的2-3倍。另外它還具有排氣干凈、噪音低、環(huán)境污染小、可靠性強(qiáng)及維修性好等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于解決“能源短缺”和“環(huán)境污染”這兩大世界難題有重要意義。
產(chǎn)生的氫氣既可直接燃燒發(fā)電，也可采用氫燃料電池將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電效率是現(xiàn)有熱電效率的2倍以上，而且生成產(chǎn)物是水，這是最環(huán)保的能源利用方式。
朱維群認(rèn)為，氫作為清潔能源可以利用再生能源進(jìn)行轉(zhuǎn)換，是解決“棄風(fēng)棄光”的一種有效途徑，將化石能源轉(zhuǎn)變?yōu)闅淝鍧嵞茉催M(jìn)行工業(yè)利用是解決全球氣候變化及環(huán)境污染一條可行技術(shù)。
據(jù)了解，生產(chǎn)1噸三嗪醇產(chǎn)品需要消耗1.0噸CO2，只需要原料氨0.4噸。從化學(xué)反應(yīng)來說，這是封存利用CO2最有效的化學(xué)反應(yīng)，也就是氫耗量（能量消耗）最少的固定CO2過程。三嗪醇產(chǎn)品是白色固體，無色無味，物理性質(zhì)穩(wěn)定，是CO2封存利用的一種最佳方式。每噸產(chǎn)品利潤(rùn)在1500元/噸以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。
形成CO2利用循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈
目前在工業(yè)生產(chǎn)上，年產(chǎn)30萬噸合成氨裝置每年排放二氧化碳58萬噸，在此裝置基礎(chǔ)上繼續(xù)合成尿素，可以建立年產(chǎn)52萬噸尿素裝置，每年排放二氧化碳20萬噸排放。
“如果繼續(xù)合成三嗪醇，根據(jù)我們的中試結(jié)果，可以建立年產(chǎn)66萬噸的三嗪醇裝置，每年排放CO2量為負(fù)的16萬噸。”朱維群說。煤氣化過程中一般都有高純度的N2、H2、CO2等原料，通過改變反應(yīng)過程和目標(biāo)產(chǎn)品即可實(shí)現(xiàn)CO\的氨化礦化。
朱維群以某煤制烯烴項(xiàng)目為例向記者介紹，該項(xiàng)目計(jì)劃建設(shè)年產(chǎn)180萬噸甲醇裝置和年產(chǎn)68萬噸甲醇制烯烴裝置。該項(xiàng)目年副產(chǎn)二氧化碳360萬噸，N2130萬噸，純度都在95%以上。
“經(jīng)估算，年產(chǎn)68萬噸烯烴可設(shè)計(jì)成年產(chǎn)380萬噸的三嗪醇，產(chǎn)品重量增加312萬噸，而且沒有CO2排放。”朱維群說，由CO2經(jīng)三嗪醇/胺，進(jìn)而合成密胺樹脂類高分子材料，這也是一條利用CO2生產(chǎn)各種功能材料易于實(shí)現(xiàn)路線，。
按照設(shè)計(jì)的材料工業(yè)路線，將化石燃料在空氣和水的參與下，通過一定工藝過程就可以得到密胺樹脂類高分子材料，生產(chǎn)1噸產(chǎn)品只需要消耗化石燃料1噸標(biāo)煤左右，這是一條符合綠色、低碳、可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)工業(yè)路線。
密胺樹脂材料具有無毒無味，耐腐蝕、耐高溫、耐低溫、阻燃、質(zhì)輕，有很強(qiáng)的耐用性等綜合性能，在全球范圍內(nèi)的建筑裝飾、交通車輛、水上船舶、航空航天、機(jī)電設(shè)備、工業(yè)吸音保溫等領(lǐng)域中獲得廣泛使用。
朱維群對(duì)記者表示，化石燃料清潔利用的優(yōu)選路線提出了一種封存利用CO2的有效方法。CO2高值封存利用技術(shù)是高碳資源低碳利用（相當(dāng)于綠色能源）、化石燃料利用的最節(jié)能減排方式（不排放CO2）及二氧化碳封存利用的最可行方式，即是最可行的低碳技術(shù)。
該技術(shù)不僅能夠封存CO2，而且使CO2得到增值，形成CO2利用的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈；也是一條利用CO2生產(chǎn)各種功能材料易于實(shí)現(xiàn)的工藝路線，同時(shí)也是一條化石燃料清潔利用的優(yōu)選路線。
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