執著于碳領域 應用于產業化記大連理工大學高級工程師、博士陳紹云

◎ 文/周海淑 曹 莉

當前，中國工業領域已從高速發展模式轉向高質量發展模式，綠色化、低碳化成為工業轉型發展的“主旋律”。中國作為全球最大發展中國家和人口最多的國家，能源消費總量逐年上升，成為了碳排放的最主要來源?！?020 年國民經濟和社會發展統計公報》數據顯示，2020 年全國能源消費總量達到49.8 億噸標準煤，同比增長2.2%。同時，中國是全球制造業第一大國，隨著制造強國戰略的深入實施，中國制造業規模持續快速增長，成為了碳排放的另一個重要來源。中國工業化發展亟需向低碳轉型，這既是我國高質量發展的需要，也是應對全球氣候變化所展現的大國擔當，對中國經濟社會現代化體系建設具有重要意義。

2020 年12 月16 日至18 日，中央經濟工作會議在北京舉行。會議確定了明年要抓好的八項重點任務，其中包括做好碳達峰、碳中和工作。會議再次明確，要加快調整優化產業結構、能源結構，推動煤炭消費盡早達峰，大力發展新能源，加快建設全國用能權、碳排放權交易市場，完善能源消費雙控制度，讓我國二氧化碳排放力爭2030 年前達到峰值，力爭2060 年前實現碳中和。2021 年3 月的全國兩會上，李克強總理在政府工作報告中進一步強調：扎實做好碳達峰、碳中和各項工作，制定2030 年前碳排放達峰行動方案，優化產業結構和能源結構，推動煤炭清潔高效利用,大力發展新能源，加快建設全國用能權、碳排放權交易市場,完善能源消費雙控制度，實施金融支持綠色低碳發展專項政策,設立碳減排支持工具。

對于多年從事碳產業化研究的陳紹云來說，這是令人振奮的消息。想到自己在碳領域的長期研究，解決企業難題的往事時，對自己的選擇與堅持感到欣慰。身為大連理工大學高級工程師、博士，遼寧省低碳資源高值化利用重點實驗室副主任，全國工業催化聯盟青年工作委員會委員，陳紹云主要研究領域涉及二氧化碳資源化利用、吸附劑研發與工業化、同步脫硫脫硝技術、碳捕集提純與運輸等，尤其擅長碳捕集、提純、綜合利用以及運輸安全等相關科研與工程項目的研究，并取得了累累碩果。

結緣二氧化碳學科

作為優秀的青年教育工作者，他選擇二氧化碳學科，曾有一段“結緣”佳話。

剛考上大連理工大學研究生要選導師時，本想選擇催化專業老師的，誰知，這個專業的老師已招滿了學生，聽到自己首選催化導師說“滿了”時，他當時有種被拋棄的感覺。當他問第二位做二氧化碳的老師能不能做他的導師時，老師直截了當地說：“一點問題也沒有?！?/p>

對于學科老師的爽快回應，陳紹云心里暖暖的。導師叫張永春，是以堅持做產學研工作為主的導師。他一直堅持以市場為導向，圍繞氣體行業搞研究，給企業解難題。他把學生當舵手，交給他們難題，給予資金支持，讓他們自己開動腦筋，破解研究中的難點問題。

陳紹云很快適應這種管理模式，他肯吃苦，做事認真。導師讓做啥就做啥，一有什么事不會就學，經常向師兄師姐請教。導師提供的各種支持，令他感到不讀博士就對不起導師，會遺憾終身。當然，讀博士也不是輕而易舉的事。每當他快要放棄時，看到導師的堅持不懈，讓他感到自己也需要堅持才行。導師在他內心建立了一個榜樣，使他無論遇到什么困難都要想辦法解決，而不是放棄，或繞道走。

讀博期間，他沒有放棄任何學習、合作和交流的機會。當時，英國有一個大學的頂尖教授來學校演講，外國教授講到二氧化碳時，陳紹云勇敢地提出幾個探討性問題，引起了外國教授的注意，并想和他多交流交流。當他知道外國教授正在尋求合作時，及時把這個情況告訴了導師，導師很支持，他立即帶著導師到外國教授住的賓館里面談。外國教授見到陳紹云很驚訝：“我準備給你發郵件，沒想到你來找我了?！蓖鈬淌诘暮献饕庀蝻@而易見。談妥后，陳紹云從外國教授那里爭取到了合作項目，也是大連理工大學第一個國際合作項目，2009年，歐盟給他們總投資56 萬歐元。在讀博期間，因為有這個項目的合作，使他讀博士后也順其自然，最終在國內建立了一套最大的超臨界二氧化碳運輸實驗平臺。項目做完后，陳紹云被大連理工大學留了下來。對他來說，自己的成功，離不開學校和導師的培養。最重要的是他自己遇到挫折能夠堅持不放棄，因為，遇到的是好導師和好平臺。這也是緣分所至，使他在碳產業化研究上將堅持不渝。

碳捕集為企業增效

在陳紹云的印象中，他取得的“全球水泥行業首個水泥窯碳捕集純化”研究成果應用于國內大企業的要數海螺集團了。那是在江蘇鎮江參加節能會議時，他了解到海螺集團正滿世界考察，尋求合作伙伴，他找準機會與集團有關負責人進行交流，事情的順利進展出乎他的意料。

江蘇之行結束后的第二天，海螺集團就讓他們去總部進行詳細交流，他們給集團留下了深刻印象。2018 年4 月底，集團領導帶隊到大連理工大學考察后，當即就拍板合作，建設“全球水泥行業首個水泥窯碳捕集純化示范項目”。集團僅過了一個星期，就通過招投標確定了與大連理工大學合作的合同。集團“一把手”親自督促這個項目，速度相當快，效率非常高。

水泥窯碳捕集純化技術復雜，多年來在產學研領域都未能取得實質性突破。陳紹云作為技術骨干，全程參與項目建設。該示范項目采用當今環保領域最新技術，其核心技術為化學吸收法。通過工藝加工和精餾后，得到純度為99.9%以上的工業級和純度為99.99%以上的食品級二氧化碳液體。從技術原理來說，主要分為六大步驟：從水泥窯中采集氣體，氣體進入脫硫水洗塔、吸收塔、解析塔、精硫床，完成去雜質、提純等各項工序，最后以液體狀態存儲于罐內。打個比方來說，等于是二氧化碳這個想從水泥窯逃竄出去的“罪犯”，被及時攔截下來，并集中予以“收押”，最后實現“勞動改造”。這個“勞動改造”，就是將該項目生產的二氧化碳產品廣泛應用于焊接、食品保鮮、干冰生產、電子、激光、醫藥等各個領域。按照目前產能計算，一年將捕集純化5 萬噸二氧化碳，平均每月減少4 千多噸二氧化碳排放。

當時，針對水泥行業生產過程產生的二氧化碳帶來的環境問題，為充分履行國有大型企業的社會責任，由海螺集團投資6000 萬元，在白馬山水泥廠建設一條示范線。項目于2017 年初開工建設，經過一年多時間的艱苦努力，2018 年10 月31 日，全球水泥行業首個水泥窯煙氣碳捕集純化示范項目建成投運，首車純度為99.9%的工業級二氧化碳產品銷售出廠，當日銷量為87.62 噸。年產食品級二氧化碳5 萬噸/年。截至今日，實現直接經濟效益2.4 億元，間接經濟效益約25 億元。這預示著，海螺集團這一項目填補了世界水泥工業低碳技術的一項空白，朝著高效智能、綠色環保的國際一流企業又邁出了堅實一步。

陳紹云表示，水泥行業捕集純化二氧化碳因技術上的復雜性，國內外均無成功應用的先例，國際上目前只處于中試階段。白馬山項目示范線的成功建成，填補了世界水泥工業低碳技術空白，標志著中國水泥工業環保技術取得新突破，在全國乃至全球水泥行業都具有強大的引領和示范作用。

與企業合作取得創新成果

善于工業化研究的陳紹云，在業內頗有名氣。國內很多針對大量廢氣排放的企業都會找他咨詢，他根據企業的實際情況，給他們提供碳回收利用最優的解決方案和有關建議，提供詳細的設計和制造方法，得到企業的信任和歡迎，很多企業都愿意跟他合作。

2020 年11 月19 日，天氣越來越冷。然而，大連理工大學與安徽海螺集團的合作卻暖流奔涌。海螺集團的黨委委員、總經濟師，海螺投資公司黨委書記、總經理，海螺新材料公司董事長丁鋒一行四人訪問大連理工大學，雙方在大連理工大學精細化工國家重點實驗室進行了“新材料開發與工業化”聯合研究中心正式簽約儀式。大連理工大學工學院院長彭孝軍院士、科學技術研究院副院長李偉東副教授、精細化工國家重點實驗室副主任高巖教授、工業催化系主任陸安慧教授以及首期參加聯合研究中心課題的相關教授和研究人員參加了簽約儀式。

該聯合研發中心，正是陳紹云根據學校指示運作而成，并擔任開發中心執行主任。中心的職能主要是以應用基礎研究為基礎，以產品研發為目標，聚集雙方在技術、人才、市場等方面的優勢，將其建設成為重要的應用基礎研究基地、人才培養基地和新產品研發基地。

海螺新材料公司為聯合研發中心提供研發經費投入、激勵措施、產業化保障等資源，聯合研發中心與海螺新材料技術中心、生產基地，共同組成“應用基礎研究-產品研發-應用技術研究-中試孵化-產業化”一條龍科技創新模式。雙方以精細化工重點實驗室為依托，聯合大連理工大學多學科學者，就新型水泥助磨劑、減水劑、耐高溫材料、燃煤助劑、低溫脫硝劑以及CCUS 技術等方面進一步深入研究，共同推動全校范圍內研究成果在海螺集團內和其他行業不斷轉化和應用。

2019 年雙方共同完成的水泥窯煙氣碳捕集純化關鍵技術的研發與工程化應用項目榮獲中國建筑材料聯合會·中國硅酸鹽學會建筑材料科技進步一等獎。

在當下，市場競爭十分激烈的情況下，陳紹云幾乎不需要跟誰去競爭，或者去搶誰的飯碗，他們做的技術是最前沿的，因為，他們的碳產業化研究一直關聯著市場和企業的實際問題，只有貼近市場，從根本上有效解決企業碳排放導致的環境污染問題，才能保護好藍天白云，才能為企業創造新的發展生機。

把產業化未來做強做大

科研人的未來是有目標的，陳紹云對碳產業化的未來很看好。

在導師張永春教授和郭新聞教授，以及合作伙伴喻健良教授支持下，團隊與歐盟的合作比較長久。陳紹云讀博士后期間，就建成了世界首個工業規模超臨界二氧化碳運輸實驗平臺，通過這個紐帶，他們與歐盟CCS行業合作成功，得到國家幾百萬元的資金支持。

據介紹，第一期項目試驗工作已接近完成。全部工作歷經三年的籌建和試驗，最終獲得重大成果：在遼河油田建立了世界上第三條工業規模的二氧化碳高壓運輸管道泄漏試驗基地，并進行了四次大規模液體和超臨界二氧化碳管道模擬噴放試驗，取得了重要的基礎數據和試驗經驗，定量驗證了二氧化碳管道泄漏時的危險性。實驗工作得到了歐盟各參與國專家們的一致好評。

目前，陳紹云所在的團隊再次獲得歐盟第七框架的持續資助。二期項目“Techno-economic Assessment of CO2Quality Effect on its Storage and Transport”總經費為206.7 萬歐元，其中學校獲得本期歐盟最高資助的科研經費為24.9 萬歐元，項目整合了世界各地有關碳捕集封存(CCS)的工業規模試驗平臺，為開發有效的數學模型提供必不可少的數據支撐，并做出對不同質量的二氧化碳在運輸和存儲時的技術—經濟評估。該項目對歐盟全面實施的碳捕集封存計劃具有舉足輕重作用，也將為我國在碳捕集封存方面提供重要的經驗和借鑒。

陳紹云在科研中始終堅持學以致用的原則，堅持產學研一體化，努力解決一些關鍵技術問題，把更多的理論通過實踐應用煥發為科技創新的力量。

據統計，2008-2016 年，他負責申請并完成了歐盟合作項目CO2PipeHaz和CO2QUEST，建立了當時世界最大的工業規模超臨界二氧化碳運輸管道安全測試平臺，為工業界及理論模擬提供了重要的數據，是CCS 技術進步的關鍵進展；2017 年，他完成恒力石化年產20 萬噸高純二氧化碳生產工藝設計；2018 年，他設計了世界首套5 萬噸/年海螺水泥窯煙氣碳捕集提純項目；2019 年，他作為負責人設計了國內首套8 萬噸二氧化碳/年、12000 Nm3N2/h 的電廠碳氮聯產項目。此外，他還參與設計了年產量1萬噸-15 萬噸規模高純液體二氧化碳工業生產裝置20 多套，參與研發了多種氣體吸附劑和處理工藝，為二氧化碳工業生產裝置匹配。

目前已獲得世界首套海螺水泥窯煙氣碳捕集提純項目、世界首套電廠煙氣碳氮聯產工業化項目、世界首個工業規模超臨界二氧化碳管道實驗平臺、超高純電子級二氧化碳生產工藝、50 多套年產萬/數十萬噸級工業化二氧化碳生產項目等數十個研究成果，獲得省部級科技進步二等獎3 項、遼寧省科技進步一等獎1 項、建筑材料行業科技進步一等獎1 項。

陳紹云認為，國內外影響的形成，在于學校、在于他們攻關的研究成果。這些年，很多企業給予他們一些項目開發費、技術轉讓費，為他們培養學生創造更好的研究平臺。在他看來，成功離不開所有人的努力。他希望團隊緊密合作，相互扶持，相互包容，以解決問題為共同目標，把團隊建強，把產業化事業做大，一起攻克國內外合作中產業化研究難題，讓每一個項目的技術水平都處于國際領先水平。