加速形成新质生产力为碳排放做减法为科技做加法（图）

  [中国石化报2023-10-24]
  阅读提示
  新质生产力有别于传统生产力，涉及领域新、技术含量高，依靠创新驱动是其中关键。在“双碳”目标的时代背景下，新质生产力被赋予了“绿色”的时代底色，将发展生产力和保护生态环境有机结合，促进产业经济绿色转型、人与自然和谐共生成为共识。
  在近日举办的庆祝中国石化大连（抚顺）石油化工研究院成立70周年学术报告会上，多位院士以“能源化工新起点碳路未来新前沿”为主题，探讨“碳达峰、碳中和”实施路径、炼油化工行业绿色低碳发展、新能源新材料产业高质量发展等话题，为加快能源化工领域关键技术攻坚指引方向。
  记者观察
  □本报记者阎茹钰孙宝翔
  新质生产力有别于传统生产力，涉及领域新、技术含量高，依靠创新驱动是关键。从经济学角度看，新质生产力代表一种生产力的跃迁，是科技创新在其中发挥主导作用的生产力，高效能、高质量，区别于依靠大量资源投入、高度消耗资源能源的生产力发展方式，是摆脱了传统增长路径、符合高质量发展要求的生产力，是数字时代更具融合性、更体现新内涵的生产力。
  改革开放以来，我国经济发展经历了一个高速增长阶段，但随着迈入高质量发展阶段，过去那种主要依靠资源要素投入推动经济增长的方式已经行不通了。
  新质生产力的提出，不仅意味着以科技创新推动产业创新，更体现了以产业升级构筑新竞争优势、赢得发展的主动权。
  “新兴产业”“未来产业”和“新质生产力”相互关联，信号鲜明、内涵丰富——积极发展、培育新兴产业和未来产业，以科技创新引领产业全面振兴，带动新经济增长点不断涌现。
  在“双碳”目标下，新质生产力被赋予了“绿色”的时代底色，将发展生产力和保护生态环境有机结合，促进产业经济绿色转型、人与自然和谐共生成为共识。
  国际能源署发布《2022年二氧化碳排放报告》显示，2022年全球能源消耗和工业过程产生的二氧化碳排放量增长了0.9%，达到368亿吨，其中，能源消耗产生的二氧化碳排放量增长了4.23亿吨，工业过程的二氧化碳排放量下降了1.02亿吨。碳达峰、碳中和道阻且长，目前全球各国仍在寻找碳减排路径上的“最优解”。
  减排不是减生产力，也不是不排放，而是要走生态优先、绿色低碳发展道路。当前，能源化工行业急需发展新质生产力，摆脱传统减碳路径，找到更高效能、更高质量的绿色低碳之路。
  新减碳路径一
  二氧化碳捕集、利用与封存技术
  二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）是碳捕集与封存（简称CCS）技术的新发展，即把生产过程中排放的二氧化碳进行捕集，继而投入新的生产过程，实现循环再利用，而不是简单地封存；与CCS相比，CCUS可以将二氧化碳资源化，产生经济效益，更具有现实操作性。我国碳减排时间紧、强度大，化石能源占比高，因此必须采用组合技术保障目标实现，同时，在与新能源优化组合方面，CCUS可以使化石能源与新能源实现竞合关系，化石能源+CCUS与新能源互补，可为经济社会发展、能源安全和“双碳”目标实现提供支撑。
  随着我国“双碳”目标的提出及碳减排工作的推进，CCUS技术研发和部署受到高度重视，处于快速发展阶段，未来有望形成具有技术经济性的新兴产业。中国工程院院士、油气田开发地质与开发工程专家李阳提出，CCUS是工业行业深度减碳的必然选择，是新型能源系统的支点技术，是有效降低减碳成本的重要技术手段。
  国际能源署报告显示，预计到2050年，钢铁行业采取工艺改进、效率提升、能源和原料替代等常规减排方案后，仍然剩余34%的碳排放量，就算氢能直接还原铁技术取得重大突破，剩余碳排放量也超过8%；水泥行业采取常规减排方案后，仍剩余48%的碳排放量。CCUS正是这些行业深度减碳的必然选择。
  CCUS技术在“双碳”进程中起到怎样的作用？李阳表示，要从消费侧入手，分析碳排放特征，依据国家能源和产业发展战略，建立能源、产业及CCUS之间的交互关系模型，构建CCUS固碳的计算方法，评价CCUS在实现碳中和中的贡献。根据目前技术发展情况，预计到2050年，CCUS减排贡献将达到10亿吨/年，减排10%～15%。
  中国石化较早地开展了二氧化碳捕集、利用与封存技术研究与示范，目前已进入全技术链研发和大规模示范阶段。整体研究思路是围绕捕集、输送、利用、封存和安全性5个维度进行系统性研究，已经取得了一系列重要成果。
  一是形成三种主要排放源捕集技术，并进行了示范应用，技术水平与国际同步，具备了良好的应用前景。二是形成了低渗透、高含水油藏驱油及封存技术，这两类油藏是我国增储上产的重要领域，二氧化碳驱油技术解决了低渗透油藏注水开发“注不进、采不出”难题，有效推进了增储上产；高含水老油田占全国总产油量的60%以上，二氧化碳具有“透水替油”作用，可有效驱替高含水油藏剩余油，延长油田的生命周期。通过近年来的攻关，已形成了二氧化碳驱油封存的配套技术，并建立了碳封存潜力评价及减碳核查、全生命周期安全评价技术，实现了增油与封存的“双赢”。据研究，我国适合二氧化碳驱油地质储量近200亿吨，可以增加原油产量超过20亿吨，封存二氧化碳超过100亿吨，在增产原油保障国家油气供给安全的同时，也实现了二氧化碳的封存。这些增产的原油在其开采、加工、利用和运输过程中排放的二氧化碳量小于封存的，因此可以说是“绿油”。三是二氧化碳矿化转化技术，具有多种应用场景，既可以对固废处理利用，又可以进行特殊资源提取，在实现碳减排的同时，实现固废资源化利用和高值化产品生产。中国石化在普光气田开发了二氧化碳矿化磷石膏技术，将普光气田产生的尾气中的二氧化碳与磷石膏进行反应，转化为碳酸钙和硫基复合肥，实现磷石膏中钙、硫资源的高值化回收利用。
  新减碳路径二
  生物制造技术
  化石能源的利用大大促进了物质文明的发展，但其大量使用带来的资源、能源与环境危机，正向人类社会发起新的挑战，人们期待未来将有一种新的生产模式及生活方式的变革。中国工程院院士、南京工业大学教授、国家生化工程技术研究中心主任应汉杰提出，发展“阳光经济”（生物经济）是缓解人类社会危机的重要解决方案，生物技术成为继信息技术之后各国竞相发展的新型战略产业技术。
  近年来，世界主要经济体纷纷聚焦生物制造产业，制定相关政策，积极布局生物制造技术产业。欧盟的《工业生物技术远景规划》提出，到2030年，生物基原料将替代6%~10%的化工原料，30%~60%的精细化学品将由生物基获得。美国的《生物质技术路线图》指出，到2030年生物基产品将替代25%的有机化学品和20%的化石燃料。
  相比通过碳捕集等方法对二氧化碳直接利用，生物制造则是通过生物质间接利用二氧化碳，以碳利用、碳减排、碳置换、碳汇聚的方式降低碳排放量，为人类生活提供更加高质量的物质基础和生存环境，推动“农业工业化、产业绿色化”，促进新业态向绿色、高效、高值化方向发展。
  根据世界经合组织（OECD）的统计，2018年全球大约3%的化学品来自生物制造，预计2030年约35%的碳基化学品和其他工业产品来自生物制造，2060年将达到50%以上。应汉杰表示，生物制造将为化学品和材料的绿色制造开辟新的原料和路线，赋能传统化工产品及生产过程转型升级，有利于碳中和。
  例如，“三烯三苯”是传统工业中重要的基础原料，可通过生物制造过程获得。而生物反应过程中的乳酸、糠醛、琥珀酸、衣康酸、丙烯酸、己内酰胺等平台化合物，可衍生大量石化下游产品。
  乙烯是产量最大的基本化工原料，是石油化工产业的核心。目前全球主要生物基聚乙烯生产商，例如巴西的Braskem、美国的杜邦、沙特基础工业公司、日本的三菱等，逐步开设了生物乙烯工厂及制备生物基聚乙烯的生产工艺。相比传统化学工艺，甘蔗—乙烯技术可减少约60%的能耗和40%的温室气体排放；生物基1，4-丁二醇（BDO）可减少超过70%的温室气体排放；纤维素基聚羟基脂肪酸酯（PHA）对温室气体减排的贡献甚至超过90%。生物乙烯大规模生产的成功，为乙烯的制造提供了新的可再生原料和新的生产方法，为传统化工的可持续发展提供了最有希望的样板。
  新减碳路径三
  大规模可再生能源
  制氢及高效储氢技术
  “双碳”目标下，氢能是实现石油化工行业深度脱碳的必然选择。相关机构数据显示，2021年我国氢气需求量在3300万吨左右，其中超过2800万吨用于石油化工行业。当前我国氢气主要来自化石能源，64%来自煤制氢、14%来自天然气制氢，粗略测算，生产2800万吨氢气需要排放近5亿吨二氧化碳。通过合理的方式推动“绿氢替代灰氢”（可再生能源分解水制氢替代化石能源制氢），可大幅降低行业碳排放量，进而收到固碳甚至负碳排放效果。
  绿氢是通过太阳能、风能等可再生能源分解水制取，生产过程中基本不产生温室气体，其产业链条上游连接着光伏、风电等新能源产业，下游应用在化工、冶金、交通等产业，对推动现代化产业体系的绿色转型起到重要作用。
  8月30日，我国规模最大的光伏发电直接制绿氢项目——新疆库车绿氢示范项目全面建成投产。该项目是国内首次规模化利用光伏制氢的重大项目，电解水制氢能力2万吨/年、储氢能力21万标准立方米、输氢能力2.8万标准立方米/小时，每年可减少二氧化碳排放48.5万吨。该项目生产的绿氢全部供应塔河炼化，用于替代炼油加工中使用的天然气制氢，实现现代油品加工与绿氢耦合低碳发展，使我国绿氢工业化规模应用实现零的突破。
  面对可再生波动电源制氢的技术难题，中国石化通过自主开发绿电制氢配置优化软件，将电控设备与制氢设备同步响应匹配，实现了“荷随源动”，大幅提升了对波动的适应性，项目还形成了一套集合预测光伏发电、电氢耦合自动化控制工艺包创新性技术，可根据光伏发电情况，预测产氢量和外输量，实现制、储、输的自动计算和控制，全流程全天候自适应低成本安稳运行，实现“智能生产”。此外，该项目先后完成了万吨级电解水制氢工艺与工程成套技术、绿氢储运工艺技术、晶闸管整流技术、智能控制系统研发等创新成果。
  目前，氢的储存运输是制约氢能发展的关键瓶颈。当前全球严重缺乏高效安全的氢储运技术，导致前端氢产能过剩、后端氢供应不足，且绿氢占比低。氢难以常温常压储存，一般使用高压气态储氢或是低温液态储氢，难以解决本质安全问题。
  中国工程院院士、亚太材料科学院院士潘复生提出，镁基储能材料具有资源储量丰富、成本低和安全性能高、环境友好的优势，是极具潜力的新一代储能材料。一旦技术实现产业化突破，市场潜力可达万亿美元以上。目前，我国在镁基储能材料领域的研究处于世界前沿。
  镁是所有固态储氢材料中储氢密度最高的金属材料，理论上的储氢密度可达气态氢密度的1000倍、液态氢的1.5倍。同时，由于镁储氢是常温常压，可大幅降低成本，且安全性也远高于高压气态和液态储氢。

  然而，目前镁基固态储氢材料面临热力学稳定性、动力学性能、循环吸放氢性能等多方面问题。如何设计材料成分、改变反应路径、显著降低反应温度、探索出高性能储氢材料成分；如何促进氢的解离、扩散、结合，增强反应动力学性能，提高吸放氢速率；如何提高材料与氢相互作用后，材料本身化学组成与性质的稳定性，成为亟待解决的问题。