“双碳”大考：下好科技“先手棋”

　　“有序推进碳达峰碳中和工作。落实碳达峰行动方案。”2022年政府工作报告再次吹响向“双碳”目标迈进的号角。

　　这一目标的实现离不开科技支撑。作为国家战略科技力量，中国科学院近日公布科技支撑“双碳”战略行动计划，众多关键核心技术出现在其中。

　　作为国家战略科技力量的主力军，中科院有哪些现成的“双碳”技术宝藏可挖呢？两会期间，《中国科学报》分别连线了中科院位于西北、中部和东部地区研究所的三位院士，了解他们围绕“碳”字正在开展的工作。

　　周卫健·研究所坐标西安

　　固废“吃干榨净” 支撑循环经济

　　“实现碳达峰碳中和的进程中，发展循环经济十分重要。其中，固体废物污染治理是一个重点方向。”两会期间，全国人大代表、中科院地球环境研究所研究员周卫健院士对《中国科学报》说。

　　尾矿治理是我国矿山资源开发中一块“难啃的骨头”。周卫健介绍，由于我国大多数矿山矿石品位低、组分复杂，加之生产技术落后，开采出的矿石80%以上都变成了尾矿，年均碳排放量14亿吨，固体废物累积堆存量高达200多亿吨。同时，尾矿资源综合回收率只有约30%，综合利用率不到20%，且空场充填占利用总量的53%，其资源化高附加值利用量微乎其微。

　　事实上，矿业固废中氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾等主量元素占比高达90%以上。“解决了主量元素分离提取利用问题，就相当于90%以上的固废实现了无害化、减量化和资源化。”周卫健说。

　　基于长期的基础研究，她和团队将地球化学和冶金学交叉融合，提出可实现“取沙留金”的新理念并开发出一种催化剂，可分离尾矿的主量元素和微量元素，有助实现矿山固废的全量资源化。

　　去年，研究团队把相关技术带到企业，用炉渣（水淬渣）进行了一个多月的“拉练”。他们发现，在工业试验中使用新型催化剂，在仅需250℃（相当于矿石冶炼1/5的温度）的情况下，就能把固废全部分离提取为有价值的产品，资源再利用率达到90%以上。这种方式不仅可以把尾矿“吃干榨净”，还可以覆盖资源回收转化成本，每吨净赚450元。

　　尾矿所得的主要产品如硅胶、水玻璃、保水剂、净水剂等，不仅在工业、农业、军工和日常生活领域应用广泛，更是能源、煤化工、石油化工、有色冶金等各类工业基地污水治理、净化的主要原料，也是大范围实现水土保持、固沙固土和生态恢复治理的有用产品。

　　下一步，周卫健希望把相关技术应用到陕西白河县硫铁矿废弃矿渣综合利用中。该矿区属于历史遗留废弃矿山，污染矿区点多面广，对汉江水源造成污染，引起国家相关部门的重视。

　　同时，周卫健表示，当前矿山废弃物全量资源化的治理仍然存在一些难题。由于相关治理技术开发难度大、费用高，前期只有投入没有产出，导致企业参与的积极性不高，许多关停的矿区更是无力处理固废尾矿。

　　对此，她建议，加大政策支持与资金投入力度，促进新技术开发；设立固废全量资源化技术试点基地，扩大推广速度；引入社会资本，建立多元化投入渠道；采取“谁投资谁受益”的原则，通过税收优惠等政策措施，鼓励民营资本进入相关试点领域。

　　李灿·研究所坐标大连

　　开发“液态阳光” 助力能源自立

　　“液态阳光储能方法应用起来成本是不是偏高？”

　　这可能是全国政协委员、中科院大连化学物理研究所研究员李灿院士听到最多的问题，每一次他都会耐心地解释。

　　“现在液态阳光的成本已经处在与其他能源日趋接近的交叉点上了。随着相关技术的日趋成熟和可再生能源占比的提高，它的价格还会一路往下走，最终一定会赢。”李灿告诉《中国科学报》，液态阳光最大的一个特点就是“道法自然”，不受制于外界资源因素。

　　他解释说，液态阳光本质上是用甲醇的形式实现太阳能的储存、运输和利用。实现液态阳光分为两个步骤：由太阳能等清洁能源分解水制作“绿氢”；再由绿氢和二氧化碳反应，生成甲醇或其他燃料和化学品。这一循环在实现减碳的同时，还具有消纳剩余新能源的作用。

　　李灿和团队发展了高活性的固溶体催化剂，可以高效生成甲醇。目前已在甘肃兰州建成了全球首套千吨级液态阳光合成的规模化示范工程，正在开展十万吨级的液态阳光工业化。

　　在他看来，液态阳光可能孕育了一场重大的能源革命，它能替代化石能源，最大程度减少碳排放，帮助人类实现可持续发展。他给记者算了一笔账：“一吨甲醇相当于消纳6000多度电，一个规模为100万吨甲醇级别的中型企业就能消纳60亿度电，储能潜力巨大。”

　　同时，与业界看重的氢能相比，液态阳光具有运输安全、经济等特点，而且其应用面非常广，当前发展如火如荼的新能源车就是应用目标之一。“绿色甲醇就像汽油一样可以用于汽车的内燃机燃烧，但它排放的是水和氢，非常环保。”李灿表示，相关技术已经十分成熟。

　　在工信部发布的《“十四五”工业绿色发展规划》中，甲醇汽车已被纳入绿色产品，该规划还提出要促进甲醇汽车等替代燃料汽车推广。“从战略资源角度考虑，假如所有的汽油都用甲醇来代替，我国石油进口的问题就能大大减少，国家能源安全就没有那么大的风险。”李灿说，而如果采用甲醇作为燃料，新能源汽车发展也将无惧锂资源的制约。

　　目前工业领域甲醇产能每年约9000万吨，如果用液态阳光甲醇来代替，就可以减少二氧化碳排放1.2亿吨以上。李灿表示，十万、数十万吨绿色甲醇制造已经起步。“乐观预测，2030年其减碳贡献份额将进一步增大。”他说。

　　韩布兴·研究所坐标北京

　　广泛布局多点开花 碳资源华丽变身

　　二氧化碳、生物质、废旧塑料转化、厨余垃圾资源化利用……近些年，相关研究是中科院化学研究所研究员韩布兴院士及其团队的研究重心。

　　按他的话说，这些方向看似五花八门，但同属绿色化学范畴，都与一个“碳”字相关。“化学是一门创造物质的科学。这些研究的本质都是如何将含碳物质高效转化利用的问题。”他对《中国科学报》说。

　　“无中生有”，将全球主要温室气体二氧化碳固定在一种可利用的产品中是当前国际研究热点。用二氧化碳制备一氧化碳、甲醇、乙醇、烯烃、烷烃、羧酸……韩布兴的实验室正在拓展二氧化碳“变身”各种重要化学品和燃料的新路线。

　　以二氧化碳加氢制乙醇和液态烃为例，韩布兴表示，这种液体燃料与氢能相比，无论运输、储藏还是使用都更具安全性。针对二氧化碳转化利用过程中涉及到的热力学和动力学问题，他和团队还把物理化学和绿色化学研究相结合，设计了多种高效催化材料和绿色溶剂，提高转化速率。

　　“现在化石资源的利用导致全球每年排放约350亿吨二氧化碳，而全球二氧化碳资源化利用刚超过1亿吨。下一步往前推，难度挺大。”韩布兴表示，只有把相关研究产业化的面拓宽，未来二氧化碳利用量才会更大。

　　这正是他在不同方向广泛布局的一个原因。在碳中和的一个重要方向——生物质转化利用方面，该团队也“多面开花”，如生物质转化成苯（基本化工原料）、苯酚（树脂、杀菌剂、防腐剂以及药物的重要原料）、环己酮（可溶解硝酸纤维素、涂料、油漆等）、生物质炭等。

　　韩布兴团队正在与河北唐山一家公司合作，利用秸秆、林业废弃物等制作生物质炭。据介绍，生物质热解后的主要产物是固体的生物质炭、有机物液体和可燃气体，整个过程没有污染。加工而成的生物质炭以一定比例与煤炭混合使用，可以使煤炭充分燃烧，减少污染。

　　“现在（生物质炭）主要用于民用和中小型锅炉，未来将力争推广到钢铁和火电等行业，这样可大幅提高生物质用量，降低污染。”韩布兴说。

　　不仅如此，针对国内大量废旧塑料带来的环境污染和资源浪费问题，该团队与企业合作让废旧塑料转变为油。针对棘手的餐厨垃圾问题，该团队正在和企业合作将其变成有机肥等。此外，他们还开发一系列绿色溶剂，替代现有碳资源转化中使用的挥发性溶剂，提高反应效率和清洁度。

　　“作为‘国家队’‘国家人’，必须心系‘国家事’、肩扛‘国家责’。最近中科院提出的科技支撑‘双碳’战略行动计划非常好。”韩布兴说，“双碳”目标的实现是一个系统工程，需要能源革命、产业结构调整、人类生产生活方式的变革。科学技术的重大进步是实现“双碳”目标的重要保障，需要“实实在在的努力”。

　　《中国科学报》 (记者 冯丽妃)