朱維群：為低碳工業(yè)和霧霾治理提供新途徑

2015年12月12日晚，人類在應(yīng)對氣候變化上邁出了“歷史性一步”。當晚，全球近200多個國家齊聚巴黎，在召開的巴黎氣候變化大會上共同通過了全球氣候變化的新協(xié)議——《巴黎協(xié)定》，這為2020年后全球應(yīng)對氣候變化行動作出全新安排。

2016年，中國在應(yīng)對全球氣候變化上同樣作出重要一舉：在國務(wù)院公布的100項國家重大工程中，“煤炭清潔高效利用”和“燃煤電廠超低排放及節(jié)能改造”赫然排在其中。多年來，人們一直在致力于尋找一種既有高能源利用效率又不污染環(huán)境的能源利用方式。但治理大氣污染，不是一朝一夕之事。全球每年幾乎要向大氣中排放二氧化碳達340億噸以上，在全球范圍內(nèi)，降低二氧化碳排放的挑戰(zhàn)迫在眉睫。

山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院教授朱維群長期從事大氣污染物防治的研究工作，其中，他提出的二氧化碳封存利用方法和燃煤煙氣污染物干式高效脫除技術(shù)，正在為我國治理空氣污染的探索之路添磚加瓦。

二氧化碳封存利用：抓住碳排放命脈

在空氣污染已然拉響警報的今天，一直心系大氣污染物防治的朱維群，多年來，始終如一，心懷“重現(xiàn)碧水藍天”的夙愿，成為我國開展大氣污染治理的重要開拓者，同時也是二氧化碳封存利用技術(shù)和燃煤煙氣污染物干式高效脫除技術(shù)的領(lǐng)航人。

二氧化碳的減排與利用問題由來已久，既是政治問題，同時也是經(jīng)濟和科技問題，需要上到國家部委下到地方政府，眾志成城，齊心協(xié)力，而首當其沖的任務(wù)就是尋找一條新的低碳工業(yè)路線。朱維群緊隨國家治理空氣污染的發(fā)展路線，尋找研究突破口。就這樣，發(fā)展封存利用二氧化碳技術(shù)走進了朱維群的視線。他基于二氧化碳減排及封存利用理論，提出了化石燃料環(huán)境友好的能源工業(yè)和材料工業(yè)路線，也就是將化石能源轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵞茉吹臍淠苓M行利用，同時將產(chǎn)生的二氧化碳直接封存利用做成產(chǎn)品。

聽起來就很奇妙，二氧化碳是治理空氣污染的“死敵”，可在朱維群看來，二氧化碳不僅能“變廢為寶”，實現(xiàn)“增值”，還能繼續(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)。“我們在這條路上要實現(xiàn)的目標很大，所以還是要從一點一滴做起，‘二氧化碳封存利用技術(shù)’的開發(fā)就是希望。”朱維群說道。

眾所周知，氫能源在各種能源中，不僅能量轉(zhuǎn)化率高，使用效率在眾多能源中也是“佼佼者”，那么，何不將化石燃料碳氫化合物轉(zhuǎn)化為H2和CO2呢？這樣一來，轉(zhuǎn)化出的H2可以利用燃料電池發(fā)電，CO2則進行封存利用。

先不論國內(nèi)，就算是在世界范圍內(nèi)，CO2的捕集封存（CCS/CCUS）始終都是一個難以攻破的難點，高成本、高能耗、長期安全性和可靠性不確定，哪一個提出來都會使研究無從下手。此外，CCS還需要額外消耗能源，會造成一定的經(jīng)濟負擔(dān)；而二氧化碳驅(qū)油雖然是較好的CCUS方法，但驅(qū)油所用的CO2大約會有三分之二回到地表，長此以往，污染還會持續(xù)存在。

經(jīng)過長期研究與分析，朱維群提出利用轉(zhuǎn)化出的一部分H2，使其與伴生的N2反應(yīng)成NH3，使NH3與CO2在一定工藝過程條件下得到CO2含量最高能耗最少的穩(wěn)定固體產(chǎn)品——三嗪醇，剩余的H2用于發(fā)電。顯然，這種方法能夠?qū)⒒剂先繉崿F(xiàn)“物有所值”，充分得到利用。

要知道，生產(chǎn)1噸三嗪醇產(chǎn)品需要消耗1噸的CO2，這是封存利用CO2最有效的化學(xué)反應(yīng)，也是氫耗量（能量消耗）最少的固定CO2過程。有了新目標的朱維群，不再想方設(shè)法嘗試怎樣降低碳排放量，而是在生產(chǎn)過程中就盡可能將CO2封存，力求從源頭就掐斷其排放的可能性。

“我們這條化石燃料環(huán)境友好的能源路線在燃氣電廠、燃煤電廠、煤制天然氣及煤制油等工廠都可進行全部或部分二氧化碳的封存利用。”朱維群介紹道。據(jù)悉，目前每噸產(chǎn)品利潤可達到1500元/噸以上，在治理大氣污染的前提下還取得了巨大的經(jīng)濟效益。值得一提的是，以CO2封存產(chǎn)品為原料合成的三嗪類高分子材料無毒無味，耐腐蝕、耐高溫、耐低溫還極其耐用，在建筑、車輛、航空航天、機電設(shè)備等領(lǐng)域中都有用武之地。

煙氣干法脫硫的升級之旅

霧霾早已成為世界性難題，尤其到了冬天，我國的霧霾污染更是“舉世聞名”。長久以來，我國在治霾的道路上投入很大，燃煤煙氣常規(guī)污染物的治理方面成果顯著，但霧霾現(xiàn)象卻愈演愈烈，究竟原因何在？

朱維群指出，目前國內(nèi)大部分電廠煙氣處理均采用濕法脫硫裝置。但這種裝置投資大、費用高暫且不提，在處理過程中竟然還會額外向大氣排放大量的廢汽，此外脫硫廢水難于處理、脫硫產(chǎn)物石膏難以有效利用，因此常常可見大量廢物丟棄堆埋，資源浪費驚人。

濕法脫硫之后加裝的濕式電除塵或高效除霧器，雖然在一定程度上能夠除去煙氣中的部分固體顆粒，但對PM1.0以下的顆粒及水溶性物質(zhì)無效。由此大概估算一下，按燃燒1噸煤，濕法脫硫煙氣帶出1噸水汽，那么每年我國就會向大氣排放近40億噸的水汽及5600噸可溶性鹽！“這也許就是我國霧霾持續(xù)大面積存在的原因吧。”朱維群說道。

問題找到了，該如何解決呢？“以現(xiàn)有方法減少水汽排放，還是有些難度。”朱維群所說的現(xiàn)有方法，其實就是煙氣冷凝和現(xiàn)有煙氣干法脫硫。但冷凝水汽的水質(zhì)不高，操作起來價格卻很高，且水汽排放降低有限，還會增加大量成本；再者，現(xiàn)有煙氣干法脫硫倒是解決問題的好辦法，但其工藝復(fù)雜、運行費用較高，還容易造成二次污染。

難道就無計可施了嗎？朱維群標新立異，決定開發(fā)新的煙氣干法脫硫技術(shù)。他從煙氣濕法脫硫技術(shù)存在的缺點入手，開發(fā)了一種燃煤煙氣污染物干式高效脫除技術(shù)。該技術(shù)將投資多、成本高、能耗、水耗大等問題一一拿下，所有困擾都不復(fù)存在，而且水耗幾乎為零。從數(shù)據(jù)上看，污染物排放量迅速減少，投資成本也降低了，而且使用的脫硫劑和脫硝劑都是固體粉末，也就是說，氨水、液氨帶來的安全隱患也不再是困擾了。

技術(shù)的應(yīng)用效果也很顯著，通過各種鍋爐試驗結(jié)果來看，脫硝效率可達85%以上，SO2從4000mg/Nm3脫除至35mg/Nm3以下，脫除率高達99.1%以上。不得不說，燃煤煙氣污染物干式高效脫除技術(shù)為煙氣脫硫脫硝處理技術(shù)帶來了一次新的變革生機，也是我國目前降低霧霾最行之有效的方法。

空氣是我們賴以生存的最重要物質(zhì)之一，據(jù)世界衛(wèi)生組織報告，每年由于空氣污染造成的死亡人數(shù)約700萬人，也就是說，每8位死者中就有1位死于空氣污染。朱維群每日所做的正是為數(shù)以萬計的人重獲新鮮空氣而努力，在他看來，這不僅是科研工作，更是一種情懷，一份責(zé)任！