专家之声 | 李俊华：温室气体排放控制与资源化技术途径

减少温室气体排放以应对气候风险已成为国际共识。当前全球已有超过120个国家将2050年实现“净零排放”作为长期目标，我国于2020年提出“3060双碳”战略目标。在实现“双碳”目标进程中，我国面临碳排放强度高、脱碳时间短、技术起步晚等诸多挑战，亟需强化全过程碳减排理念，攻克技术难题，明确并持续完善重点行业减碳技术路径，加快碳捕集、利用和封存技术（CCUS）的研发、应用和推广，并逐步加强非二氧化碳温室气体管控，推动“双碳”目标如期实现。

01 重点碳排放行业的减排技术路径

当前我国正积极开展碳达峰行动，稳妥有序推进各行业各领域碳达峰碳中和工作。根据生态环境部环境规划院等机构联合预测，钢铁、水泥行业预计于“十四五”期间实现碳达峰，石油化工行业于2030年左右实现碳达峰。电力、钢铁、水泥等重点碳排放行业的减排技术路径逐渐明晰，其中部分技术已进入示范应用阶段，具体如表1所示：

表1. 重点行业减排技术路径及部分技术应用示范工程

考虑到行业碳排放涉及生产环节多、产业链条长，各行业在减排过程中应贯彻全过程碳减排理念，通过调整能源结构，从源头控制CO2排放（提升传统化石能源利用效率、终端用能电气化、发展清洁能源）；全面开展钢铁、建材、有色、化工等工业领域减排行动（过程控制与工艺替代、优化节能与深度减排）；发展应用CCUS技术（化学转化、生物转化、碳固化储存）等途径实现行业全生命周期碳减排。

02 二氧化碳捕集与资源化利用技术研究进展

CCUS技术是实现碳中和目标的托底性技术，是当前的研究热点和难点。研究团队针对碳捕集技术和CO2资源化利用技术等两个关键技术环节开展科学研究，取得了技术突破。

1、碳捕集技术

化学吸收法是碳捕集技术中最具应用前景的技术之一，但该方法仍存在吸收负荷低、再生能耗高、腐蚀性强、易氧化损失等问题。为解决上述问题，研究团队建立了囊括新型吸收剂、催化解析材料、碳捕集设备、工艺流程模拟和碳捕集工艺包的关键技术研发平台，确立以相变吸收剂耦合催化为主的第三代低能耗碳捕集技术研发思路，并取得了重要成果，包括：开发了系列物理溶剂-复合胺相变吸收剂、离子液体吸收剂与介孔固体酸催化剂等核心材料，研发高效传热传质与动态分相装备，发明高效除雾耦合多级水洗胺逃逸深度控制工艺与富液耦和冷凝液分流节能工艺等（表2）。

目前上述材料和技术已从实验室研究进入工业化示范应用阶段。研究团队搭建了2000吨/年碳捕集中试系统测试平台，开展核心材料、关键装备与先进节能工艺综合性能的放大测试。团队主持开展了20万吨/年燃煤锅炉全烟气量碳捕集与循环利用示范工程项目建设，首次采用相变吸收剂实现低能耗碳捕集，捕集二氧化碳全部用作醋酸生产原料；目前该项目已经顺利经过试生产，系统整体运行并达到设计要求。

表2. 低能耗碳捕集技术研究进展

2、CO2资源化利用技术

CO2资源化利用是资源碳中和的重要途径之一，其主要的方式有化学转化、生化转化和矿化利用等。针对这一研究领域，国内外科学家和工业界在CO2催化转化制备C2及以上化学品、CO2催化转化为塑料、石墨烯及淀粉等、碳污协同资源化（化肥、蛋白质、氨基酸等）等前沿方向取得科技进展，并实现了CO2催化转化制化学品（CO2加氢制甲醇、催化转化制冰醋酸）及矿化固化（钢渣石灰渣等工业固废矿化CO2制备多孔材料）的工业化应用。

03 非二氧化碳温室气体控制与资源化利用技术

除了CO2，CH4、N2O等非二氧化碳温室气体的减排同样需要高度重视。表3总结了CH4和N2O的主要排放源、控制技术及资源化利用技术。以甲烷减排为例，甲烷催化燃烧技术是其关键的减排技术之一，可应用于天然气汽车尾气处理、煤矿和油气井通风瓦斯气处理，其中低成本、稳定的贵金属负载型催化剂的研发是其亟待攻克的技术难点。

表3. CH4和N2O主要排放源、控制技术及资源化利用技术

实现“双碳”目标、建设美丽中国是一个复杂性、系统性工程。未来，我国应聚焦各行业全过程减排技术路径的制定与优化，创新清洁能源利用技术，持续研发减污降碳协同增效关键先进工程材料与化学工艺，全面开展低能耗碳捕集技术和CO2利用与封存技术研究，大力推广其工业化应用，建立以CCU技术为基础的人工碳循环，同时加强非二氧化碳温室气体控制与资源化利用技术的研究，通过科技创新推动实现碳中和目标。