一場沒有終點的戰爭

張　欣

4年前，法國化學家伊夫·肖萬因“讓原子起舞”而獲得當年的諾貝爾化學獎。1970年，他和學生在一篇論文中闡述了金屬卡賓擔當“中間人”，幫助烯烴分子“交換舞伴”的過程。

金屬卡賓是指一類有機分子，其中有一個碳原子與一個金屬原子以雙鍵連接，好像一對舞伴。在與烯烴分子相遇后，兩對舞伴會暫時組合，跳起四人舞。隨后它們“交換舞伴”，組合成兩個新分子，其中一個是新的烯烴分子，另一個是金屬原子和它的新舞伴。后者會繼續尋找下一個烯烴分子，再次“交換舞伴”。

通過在反應過程中引人綠色介質，讓“原子起舞”并“交換舞伴”，以大幅度提高反應轉化率、源頭削減化學反應副產品和廢物排放，實現資源高效一清潔一循環利用，將實驗室成果轉化為產業化技術。這，就是綠色過程工程。

“資源高效清潔循環利用是一場沒有終點的戰爭。”中國科學院過程研究所研究員、濕法冶金清潔生產技術國家工程實驗室主任齊濤告訴《瞭望東方周刊》，“中國正在開啟‘綠色過程工程時代。”

金屬礦產資源的中國式困境

“為裝備制造業提供原材料和物質基礎的過程工業占制造業GDP的46.9％，占整個國內生產總值的16.6％，”齊濤告訴本刊記者，21世紀過程工業仍然是現代制造業的核心。

根據英國化工協會預測，2010年化學工業將創造2.04萬億美元的產值(是2000年的1.42倍)，并將一直保持較高的平均增長率。

“中國經濟的高速發展所要求的資源能源總量是空前規模的，”齊濤說，但與此同時，資源的對外依存度也在不斷上升。到2010年，石油、天然氣、鐵、錳、銅等10種資源的需求量將不能保證，而鉻、鈷、鉑、鉀鹽、金剛石這5種資源將嚴重短缺。

資源消耗量大是我國工業發展面臨的困境之一。

我國單位GDP所需有色金屬(銅、鋁、鉛、鋅)資源消耗量約為日本的7.1倍、美國的5.7倍、印度的2.8倍，鋼材是世界平均水平的3.6倍。礦產資源回收率比國外低20％。

“中國金屬礦產資源貧、雜、細的特點更加劇了這一問題的嚴重性。”齊濤介紹說，以中國國民經濟中應用最廣的鐵、鋁、銅為例：中國的鐵礦資源儲量尚可，但平均含鐵品位僅有33％，富鐵礦儲量不到5％；我國鋁土資源98％為一水硬鋁石，這決定了我國氧化鋁工業的能耗、堿耗均高于國外以三水鋁石為原料的氧化鋁廠，赤泥排放量巨大；中國銅礦平均品位僅有0.87％。”

環境污染嚴重是經濟高速發展帶來的困境之二。

齊濤告訴記者這樣一組數字：

每年我國將產生60多萬噸毒性鉻渣，現累計400多萬噸的鉻渣堆積成山，亟待安全處置；氧化鋁生產每年排放2000多萬噸赤泥，堆積成赤泥壩；另外每年有300多萬噸高鈦型高爐渣產生，到目前已經累計有6000多萬噸。

“嚴重的環境污染已影響到可持續發展的戰略目標，”齊濤告訴記者，“這種金屬礦產資源開發利用的‘中國式困境逼著我們不斷尋找資源高效、清潔、循環使用的新原理和新技術。”

鉻渣危機

在美國著名環保主題電影《永不妥協》中，美國加州RGE電力公司使用六價鉻作為防銹劑，并將含有六價鉻的污水排人池塘。綠色的泥漿向地下水滲漏長達14年之久。最后，634人將電力公司告上法庭，獲賠3.33億美元。

六價鉻主要來自鉻鹽行業。鉻鹽是國家重點發展的一類化工原料，廣泛應用于電鍍、皮革、顏料、高性能合金、陶瓷等涉及國民經濟15％的行業。2007年鉻鹽產量達到30多萬噸。傳統鉻鹽工藝每噸產品排放2噸鉻渣，年排放量約60多萬噸。鉻渣為最嚴重的重金屬污染源，也是國際環保難題。

齊濤說，中國科學院過程工程研究所張懿院士，于20世紀90年代初提出了“生態化工和清潔生產”新方向，帶領團隊經過10年努力，構建了亞熔鹽鉻鹽清潔生產技術新體系，與中國藍星合作建成萬噸級示范工程，在國內外首次實現鉻化工生產的鉻渣零排放。

“原子經濟性反應是這套綠色工藝的核心所在，”齊濤總結道，利用亞熔鹽作為綠色介質的鉻鹽清潔工藝，與傳統工藝相比，鉻轉化率由75％提高到接近100％，反應溫度由1200℃降低至300℃，資源利用率由20％提高到90％。

目前，鉻化工清潔生產示范工程已經在河南義馬地區成了循環經濟和生態工業園的“樣板”。在這里，構建了清潔鉻鹽廠、煤氣化和熱電廠等工業共生網絡，一個生產過程產生的廢物或者產品，作為另一個過程的原料加以應用。

“排放的不再是廢棄物，而是寶物和資源，”齊濤認為，“各生產過程之間廢物變資源的生命通道正在打通。”

低碳經濟時代

除了鉻化工清潔生產，齊濤所在的中科院過程所還成功研發出“鈦資源高效轉化-鈦酸鹽水解-介質再生循環”的熔鹽法鈦白清潔工藝，建成千噸級示范工程，實現了酸性廢氣、廢渣近零排放，源頭削減廢水排放80％。

《中國至2050年科技發展路線圖》對智能綠色制造體系提出了目標：到2020年前后，實現制造過程節能30％，碳排放減少20％，原材料損失率減少30％，二次資源循環利用率達到50％；到2030年前后，實現制造過程節能50％，碳排放減少50％，原材料損失率減少50％，廢棄物循環利用率達到70％；到2050年前后，建立低碳經濟型制造業體系，原材料損失率減少90％，廢棄物循環利用率達到90％。

“從現在到2020年，形成以重工業為代表的資源能源節約生產模式，到2030年，建立‘生態工廠，實現產品的生態化制造和可循環利用，到2050年進入‘生物社會，實現資源封閉循環。”齊濤告訴記者，“未來幾十年，是綠色過程工程發展的關鍵時期，”清潔工藝從實驗室走向生產實踐，形成系統化、集成化，自動化的成套技術，建成大規模產業化的清潔生產基地，才能真正解決我國資源、能源和環境的困局。

齊濤相信，從現在起到2050年，燒杯和試管中“調”出來的一抹綠色將不斷暈染，鋪滿中國過程工業的角角落落。