朱維群：科學探索工業綠色發展新途徑

文／本刊記者 王 郁

全國大范圍內的霧霾治理雖然取得了一定的成效，但還時常發生。“追根溯源，目前燃煤煙氣濕法脫硫是霧霾發生的一個主要原因。”山東大學朱維群教授認為，濕法脫硫不僅投資大、運行費用高，脫硫廢水難于處理，而且還存在著目前人們忽視的煙氣廢汽排放問題。

“脫硫之后加裝的濕式電除塵或高效除霧器雖然能夠除去煙氣中的部分較大固體顆粒，但卻無法去除PM1.0以下的顆粒及水溶性物質。”朱維群在大氣霧霾治理和全球環境治理之路上標新立異，創造性地提出了燃煤煙氣污染物干式高效脫除技術和二氧化碳減排利用的新方法，形成了一套創新的大氣凈化產業技術理論體系。

追根溯源，為霧霾治理獻力

燃燒1噸煤濕法脫硫煙氣帶出大約1噸水汽，我國每年濕法脫硫向大氣中排放近40億噸水汽，而且這種飽和水汽中含有大量水溶性鹽，一種工況條件下的檢測分析結果表明：我國濕法脫硫煙氣每年可能排放5600萬噸水溶性鹽，相當于三種常規污染物的總和，這應該是我國霧霾大面積、高強度發生的一個主要原因。

中國工程院原副院長杜祥琬指出：“中國的環境容量已經比世界平均水平低好幾倍，中國東部單位國土面積煤炭消耗是世界平均值12倍，京津冀地區煤炭消耗空間密度（單位：平方公里）是全球平均值30倍，可以想象，這些地方怎么能沒霧霾？”因此，我們必須進行煤炭利用技術的革命或者大幅度降低煤炭使用量。

現有的煙氣“脫白”方法降低水溶性鹽排放效果有限，所得水質不高，但操作成本卻很高；而現有煙氣干法脫硫雖然可以解決水汽及鹽排放問題，但復雜的工藝和高的運行費用，令很多企業望而卻步。

朱維群發表的《濕法脫硫治理燃煤污染或是霧霾重要成因》一文中，不僅指出了霧霾發生的一個主要原因，而且還提出并開發了一種治理霧霾的煙氣處理技術——燃煤煙氣污染物干式高效脫除技術。該技術具有創新的理論基礎，是燃煤煙氣脫硫脫硝處理技術的一次革命。工業試驗證明，燃煤煙氣污染物干式高效脫除技術的應用效果非常顯著，脫硝效率達到85%以上，SO2從4000mg/Nm3脫除至35mg/Nm3以下，脫硫率高達99.1%以上。該技術不僅能夠減少污染物排放量，而且也具有投資少、成本低、能耗低、水耗幾乎為零的優勢，為我國降低霧霾提供了一種有效的方法。

創新的二氧化碳封存利用之路

怎樣利用化石能源而不排放二氧化碳，或者將二氧化碳經濟有效的減排和利用，這是一個世界難題，它對于應對全球氣候變化及世界可持續發展方面具有重要的意義。

“CO2的捕集封存利用（CCS/CCUS）始終是一個難以攻破的問題，尤其是其高成本、高能耗、長期安全性和可靠性不確定等諸多缺點。CCS還需要額外消耗能源，反而增加了一定的CO2排放；雖然二氧化碳驅油是一種較好的CCUS方法，但驅油所用的CO2大約會有2/3回到地表。”朱維群為記者介紹道。

基于二氧化碳減排及封存利用理論，朱維群創造性的提出了在生產過程中不排放CO2，而是直接轉化為產品的化石燃料環境友好工業路線：將化石能源轉變為清潔能源的氫能進行利用，同時將產生的二氧化碳直接轉化成固碳量最高的產品，這是環境友好的能源工業路線；將二氧化碳封存產品繼續開發生產成低內能的三嗪類高分子材料，替代一部分高能耗高排放的工業材料，這是低碳排放的材料工業路線。

以CO2封存產品為原料合成三嗪類高分子材料可替代一部分高耗能高排放的工業材料。三嗪類高分子材料具有無毒無味、耐腐蝕、耐高溫、耐低溫等優點，可廣泛應用于建筑、車輛、航空航天、機電設備等領域，具有極高的經濟效益和社會效益。

“最近，國務院印發了國發〔2018〕5號文件，暨《國務院關于印發積極牽頭組織國際大科學計劃和大科學工程方案的通知》，同時也發布了《積極牽頭組織國際大科學計劃和大科學工程方案》，劃定了組織國際大科學計劃和大科學工程方案的重點任務，把環境和氣候變化、能源和材料列入優先發展領域。”朱維群感慨道，“我們的研究方向非常符合黨中央、國務院的重大決策部署。”

環境問題必須從源頭控制

“聯合國氣候變化大會達成的《巴黎協定》奠定了全球氣候治理的基礎。中國2016年二氧化碳排放量約120億噸，超過歐盟與美國的總和，人均排放量也超過歐盟，中國面臨的國際減排CO2壓力巨大，嚴重制約了我國未來發展空間！”在朱維群看來，CO2的減排與利用既是政治問題，也是經濟問題和科技問題。

“近年來我國嚴峻的環境污染事件特別是日益嚴重的大氣霧霾問題也表明末端治理已不能完全解決環境問題，必須從源頭控制。”為此，朱維群帶領團隊根據我國綠色能源快速發展受限和現有工業過程節能減排有限的發展現狀，提出了二氧化碳減排的新工業技術路線：將化石燃料在一定工藝條件下轉化為二氧化碳直接封存為產品的氫能是綠色發展的能源路線；將二氧化碳封存產品繼續生產三嗪類高分子材料替代一部分高能耗高排放的工業材料是綠色發展的材料工業路線。

“我們提出的治霾路線是：近期開展燃煤煙氣干式高效脫除技術開發，長期進行新的低碳路線開發：將化石能源轉化為二氧化碳直接封存的氫能利用是解決我國大氣污染的根本方法。”朱維群說。

除此以外，他指出，“我國綠色能源快速發展受限，現有工業過程節能減排有限，將化石燃料在一定工藝條件下轉化為二氧化碳直接封存為產品的氫能，這是我國綠色發展的能源路線。”

將化石燃料或二氧化碳封存產品開發生產為低內能的三嗪類高分子材料，替代一部分高能耗高排放的工業材料，這是綠色發展的材料工業路線。三嗪類高分子材料可能是介于石油基材料（聚乙烯、聚丙烯等）和無機材料（鋼鐵、鋁材等）之間的一大類合成材料。按照我們專利技術開發的三嗪類高分子材料具有生產成本低和低碳排放優勢，它可能成為一類廣泛應用的材料。三嗪類高分子材料具有無毒無味，耐腐蝕、耐高溫、耐低溫、阻燃、質輕，有很強的耐用性等綜合性能，在全球范圍內的建筑裝飾、交通車輛、水上船舶、航空航天、機電設備、工業吸音保溫等領域中獲得廣泛使用。

“建議國家在全國或全球范圍內征集霧霾治理思路和技術路線，然后組織中試和生產實驗，并進行技術推廣，并優先考慮產業環保化，認真梳理現有工業生產及消費體系的各種污染物排放，征集各種污染物源頭治理技術。”朱維群說，開發出低能耗、低排放的工業路線是解決我國CO2、SO2、NOx及大氣霧霾的根本方法。

“總之，我們提出了創新的科學和工程方案，通過能源和材料工業生產工藝技術的變革達到解決環境和氣候變化問題的目的。是我國大氣霧霾治理、工業產業結構調整、應對全球氣候變化及實現生態文明等最有效的一條科學技術途徑。”朱維群說。