朱維群：獨(dú)辟蹊徑的化石能源固碳利用探索者

馮昭 于寶源

1998年在大連理工大學(xué)精細(xì)化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室精細(xì)化工專業(yè)獲得博士學(xué)位的朱維群，畢業(yè)后到山東大學(xué)從事教學(xué)與科研工作，2001年進(jìn)入山東大學(xué)勝利油田博士后站進(jìn)行油田化學(xué)品的開發(fā)研究，現(xiàn)為山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院教授、山東大學(xué)國家膠體材料工程技術(shù)研究中心的主要研發(fā)成員。

有著20多年教學(xué)與科研經(jīng)驗(yàn)、理論基礎(chǔ)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)扎實(shí)可靠的朱維群，近年來一直從事大氣污染物防治、凈化研究工作，主要研究煙氣氣相脫硫脫硝新技術(shù)、二氧化碳高值有效封存利用技術(shù)、煤炭清潔利用技術(shù)，并形成了一套“大氣凈化產(chǎn)業(yè)新技術(shù)”體系。

2024年，“加快發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力”被寫入《國務(wù)院政府工作報(bào)告》。對于這一在海內(nèi)外引起廣泛討論的“熱詞”，朱維群也有著獨(dú)到的見解。

對新質(zhì)生產(chǎn)力的“另類解讀”

新質(zhì)生產(chǎn)力與“雙碳”目標(biāo)有著怎樣的關(guān)系？化石能源固碳創(chuàng)新利用是新質(zhì)生產(chǎn)力嗎？它有著怎樣的技術(shù)路線，對于推動碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，具有怎樣的支撐作用？

對于上述疑問，朱維群從自身研究出發(fā)，有著一套獨(dú)特的觀點(diǎn)及可行性實(shí)踐方案。

在他看來，新質(zhì)生產(chǎn)力能夠推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)提升生產(chǎn)力發(fā)展水平，以科技創(chuàng)新推動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，加快推進(jìn)新型工業(yè)化，提高全要素生產(chǎn)率，不斷塑造發(fā)展新動能新優(yōu)勢，促進(jìn)社會生產(chǎn)力實(shí)現(xiàn)新的躍升。因此，新質(zhì)生產(chǎn)力是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵所在，化石能源的綠色低碳轉(zhuǎn)型清潔化利用，是發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的核心力量。

2023年底召開的中央經(jīng)濟(jì)工作會議指出，要以科技創(chuàng)新推動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，特別是以顛覆性技術(shù)和前沿技術(shù)催生新產(chǎn)業(yè)、新模式、新動能，發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力。

據(jù)此，朱維群認(rèn)為，化石能源固碳利用就是一種新質(zhì)生產(chǎn)力。目前，全球?qū)崿F(xiàn)碳中和面臨著“綠色能源和綠色碳匯快速發(fā)展受限、現(xiàn)有工業(yè)過程和消費(fèi)過程節(jié)能減排的潛力有限、現(xiàn)有工業(yè)排放的二氧化碳不僅難于捕集、封存，而且缺少用途”等種種障礙，因此，開發(fā)經(jīng)濟(jì)可行的化石能源固碳利用新途徑，是一種優(yōu)選的科技路線。

“雖然全球綠色能源技術(shù)已經(jīng)取得巨大的科技進(jìn)步，大力發(fā)展綠色能源和綠色碳匯是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的技術(shù)路線之一，但其增量在近期還不能抵消二氧化碳的排放增量。”朱維群分析，現(xiàn)有工業(yè)過程由于工藝技術(shù)路徑已經(jīng)鎖定，例如，火電、鋼鐵、電解鋁等高能耗高排放工業(yè)過程的工藝已經(jīng)比較成熟，節(jié)能減排的潛力有限；現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)過程排放的二氧化碳，不僅難于捕集、封存及利用（CCUS），而且捕集的大量二氧化碳也缺少應(yīng)用場景，特別是針對煤電所產(chǎn)生二氧化碳的捕集、封存及利用技術(shù)，盡管全球進(jìn)行了長達(dá)幾十年的深入研究，但工程示范量還不到5000萬噸/年，直到現(xiàn)在，全球也沒有找到一條經(jīng)濟(jì)可行的全流程技術(shù)路線。

“這主要是受熱力學(xué)第二定律的限制，排放的二氧化碳再進(jìn)行捕集封存及轉(zhuǎn)化利用（CCS/CCUS）需要施加更多的能量，導(dǎo)致全流程在經(jīng)濟(jì)上不可行。”朱維群分析道。

探索化石能源固碳利用新途徑

為確保實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，世界各國都在探索新的低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展工業(yè)路線。

而在當(dāng)前，實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的技術(shù)途徑，主要可分為兩類：一類是開發(fā)不用碳的綠色能源系統(tǒng)，代替現(xiàn)有化石能源工業(yè)經(jīng)濟(jì)體系；另一類，是開發(fā)用碳（化石能源碳?xì)浠衔铮┑慌欧哦趸嫉膭?chuàng)新技術(shù)，對現(xiàn)有工業(yè)過程進(jìn)行創(chuàng)新改造。

“新質(zhì)生產(chǎn)力是推動高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求和重要著力點(diǎn)。全力打通束縛新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的堵點(diǎn)與卡點(diǎn)，已成為當(dāng)務(wù)之急、各方所需。”朱維群解釋說，二氧化碳是造成全球變暖的主要溫室氣體，主要在化石燃料（煤、石油及天然氣）能源利用過程中排放，而化石能源不僅是一種能源，而且是一種以碳?xì)浠衔餅橹鞯奈镔|(zhì)，“因此，我們提出了從源頭減排二氧化碳的方法，也就是將化石燃料在能源利用過程中所產(chǎn)生的二氧化碳，直接轉(zhuǎn)化為二氧化碳固定量最高、生成熱較大、過程能耗少的穩(wěn)定固體產(chǎn)物三嗪醇（C3H3N3O3），將這個(gè)過程中釋放的能量作為清潔能源利用，實(shí)現(xiàn)化石燃料能量和物質(zhì)成分的同時(shí)高效利用，進(jìn)而形成二氧化碳工業(yè)固定利用的能源路線。”

這樣，固碳產(chǎn)物三嗪醇可以用來繼續(xù)開發(fā)低成本、低碳排放、低內(nèi)能的三嗪類高分子材料，并替代一部分高耗能高排放的工業(yè)材料，從而形成化石燃料環(huán)境友好的材料路線。

“這是一條符合綠色、低碳、可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)工業(yè)路線。”朱維群說，“通過改變現(xiàn)有化石能源粗放的利用方式，將其能量和物質(zhì)成分同時(shí)高效利用，形成化石能源固碳利用的能源路線和材料工業(yè)路線。”

朱維群認(rèn)為，這一技術(shù)路線至少擁有五個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。

首先，三嗪醇是二氧化碳固定量最高的穩(wěn)定固體物質(zhì)，其產(chǎn)生過程也是氫耗量（能量消耗）最少的一種固定二氧化碳產(chǎn)品及過程。該技術(shù)在二氧化碳生成過程中即固定，減少了二氧化碳的熵增過程。現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)過程中排放出的二氧化碳，再去捕集、封存或利用，往往得不償失。

其次，由化石燃料生成三嗪醇是反應(yīng)熱較大的工藝過程，不僅可以促進(jìn)整個(gè)工業(yè)過程的進(jìn)行，而且還可以釋放大量能量；將不同化石燃料所產(chǎn)生的二氧化碳固定后，有不同的能量釋放，可以采用燃?xì)廨啓C(jī)、廢熱鍋爐、燃料電池等各種能量轉(zhuǎn)換技術(shù)。

此外，在全球化石能源中，石油和天然氣占70%、煤炭占30%。該技術(shù)的開發(fā)可以保持全球能源的供需平衡和社會經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)發(fā)展；再者，該技術(shù)可以在現(xiàn)有化石燃料純氧氣化工業(yè)利用過程及裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造、革新，投資相對較小，在經(jīng)濟(jì)上完全可行；最后，該技術(shù)路線沒有氮氧化物產(chǎn)生，原料中的硫在反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧牵趸贾苯愚D(zhuǎn)化到產(chǎn)品中，實(shí)現(xiàn)了化石燃料物質(zhì)成分的高效利用。

“二氧化碳固定產(chǎn)物三嗪醇是穩(wěn)定的固體產(chǎn)品，可以長時(shí)間對二氧化碳進(jìn)行固定，而且用途廣泛、附加值高。”朱維群說，“除此之外，該路線不僅減少了二氧化碳等污染物的排放，而且提高了化石燃料總的利用效率，綜合經(jīng)濟(jì)效益更好。這應(yīng)該是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的一條經(jīng)濟(jì)可行的科技途徑。”

力爭實(shí)現(xiàn)“用碳不排碳”

朱維群還認(rèn)為，除了大力發(fā)展綠色能源、綠色碳匯以及減少化石能源使用量，還應(yīng)該開發(fā)化石能源固碳利用新途徑，從而降低綠色能源的發(fā)展壓力。同時(shí)，從概念、理論、研發(fā)、工程、應(yīng)用、政策、經(jīng)濟(jì)等多個(gè)方面，規(guī)范實(shí)現(xiàn)碳中和的表述，建立實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的戰(zhàn)略科技路線。

“實(shí)現(xiàn)碳中和的主要措施應(yīng)該是二氧化碳減排。”朱維群告訴本刊記者，全世界每年利用化石能源向大氣中排放二氧化碳超過340億噸，其中約20億噸被海洋吸收、7億噸被陸地生態(tài)系統(tǒng)吸收，人工利用量不足10億噸。大氣中的二氧化碳濃度從工業(yè)革命前的280ppm（百萬分率）增長到現(xiàn)在的410ppm左右。顯然，二氧化碳排放量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了大自然自身平衡的能力，減少化石燃料利用過程中的二氧化碳排放，從而降低大氣中的二氧化碳濃度，已成為全球面臨的重大問題。

因此，面對全球氣候變暖危機(jī)，2023年11月至12月在阿聯(lián)酋迪拜舉行的《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第二十八次締約方大會（COP28），提出了“擺脫化石能源”的目標(biāo)。

對此，朱維群認(rèn)為，《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第二十八次締約方大會雖然將“擺脫化石燃料”相關(guān)表述納入成果文件，但對深度減少化石燃料的步驟和途徑未作具體表述。此外，化石能源在全球能源總量中達(dá)到80%，擺脫難度很大。

“因此，我們提出了‘利用化石能源而不排放二氧化碳的碳中和科技路線，與綠色能源共同發(fā)展，確保碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。”朱維群說，“在一套工業(yè)裝置中，將化石燃料的能量和物質(zhì)成分同時(shí)高效利用，從而形成‘用碳不排碳的化石能源固碳利用新途徑，這是將化石能源的能量和元素同時(shí)高效利用的一種最佳途徑。而且，由化石燃料轉(zhuǎn)化為C3H3N3O3放出的熱量與生成CO2是相當(dāng)?shù)摹！?/p>

他堅(jiān)定地認(rèn)為，由于技術(shù)貼近需求，這一技術(shù)路線的應(yīng)用場景非常廣闊。

朱維群介紹，化石能源固碳利用可以實(shí)現(xiàn)“用碳不排碳”，提高我國化石能源特別是煤炭總的利用效率，減輕我國綠色能源發(fā)展壓力，從而推動化石能源和新能源相向而行，確保實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)；同時(shí)，該技術(shù)不僅可以利用化石能源滿足現(xiàn)有工業(yè)能源需求，而且不排放二氧化碳，形成“負(fù)碳過程”，可以保持全球能源的供需平衡和社會經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)發(fā)展；此外，該技術(shù)可以對現(xiàn)有化石能源利用方式進(jìn)行改造、革新，且投資相對較小，經(jīng)濟(jì)上完全可行。

“二氧化碳工業(yè)固定利用產(chǎn)品三嗪醇的開發(fā)、燃煤煙氣污染物干式高效脫除技術(shù)開發(fā)、零碳排放的化石能源供熱裝置示范工程、鋼鐵尾氣生產(chǎn)固碳產(chǎn)品三嗪醇工藝設(shè)計(jì)、三嗪類高分子材料創(chuàng)新工藝開發(fā)、化石能源固碳利用的能源路線設(shè)計(jì)，都是這一技術(shù)路線的具體應(yīng)用場景。”朱維群說。。