实现碳中和是全球及我国一个创新的目标，目前还缺乏经济可行的科技路线。中央提出了顶层设计、先立后破、立足煤炭清洁利用等非常正确的政策，7月11日，中央深改委提出推动能耗双控逐步转向碳排放双控。

(资料图)

目前全世界每年化石能源利用向大气中排放CO₂在360亿吨以上，其中约20亿吨被海洋吸收，陆地生态系统吸收7亿吨左右，人工利用量不足10亿吨。大气中的CO₂浓度从工业革命前（150年前）的280×10-6增加到目前的421×10-6，超过了大自然自身平衡的能力，造成全球气候变暖等环境问题。因此实现碳中和已成为全球面临的重大问题。

工业革命以来，因化石能源的广泛应用排放了大量CO₂，其主要利用方式如下：

CH_n=0.8~4+O2+N2→CO₂+H2O+N2

其中，CH_n=0.8~4代表煤、石油及天然气。

碳中和顶层科技路线设计

化石能源不仅是一类能源，而且还是一类主要为碳氢化合物的物质。因此，我们提出了将化石能源的能量和物质成分同时高效利用（EMSU）的科学、技术、工程及产业路线，也就是将化石能源在利用过程中所产生的CO₂直接转化为为CO₂固定量最高、生成热较大、过程能耗少的稳定固体CO₂衍生物三嗪醇（C₃H₃N₃O₃）。过程中释放的能量作为清洁能源利用，同时提高了化石能源的能源利用效率和碳利用效率，从而形成化石能源固碳利用的创新工业路线，其利用方式如下：

CHn_=0.8~4+O₂+N₂+H₂O→C₃H₃N₃O₃+发电（热量）

该科技路线的优点如下：

由化石燃料生成固碳产物三嗪醇与生成CO₂的反应热是相当的，可以满足现有工业经济的能源需求，保持全球能源的供需平衡和社会经济的平稳发展。该路线在现有化石燃料纯氧气化工业利用过程及装置的基础上进行改造、革新，投资相对较小，经济上完全可行。

三嗪醇是一种CO₂固定量最高的稳定固体物质，它在CO₂生成系统中即将CO₂固定，不仅减少了CO2等污染物的排放，而且提高了化石燃料总的利用效率，综合经济效益更好。现有工业生产排放出的CO₂，可去捕集、封存或利用，往往得不偿失；

CO₂固定衍生物三嗪醇可以继续开发成低成本、低碳排放、低内能的三嗪类高分子材料，可以替代一部分高耗能高排放的工业材料如钢铁、电解铝等，从而形成化石能源固碳利用的材料路线：

C₃H₃N₃O₃→三嗪类高分子材料

这样，通过改变现有化石能源的利用方式，形成化石能源固碳利用的能源路线和材料工业路线，从源头上减排CO₂。这应该是实现碳中和目标经济可行的一条科技途径，可减轻绿色能源发展压力（见图1）。

部分应用场景开发简介

●CO₂衍生物三嗪醇的开发

暂不考虑能源利用过程，在现有煤（天然气）化工装置基础上，开发工业固碳产品三嗪醇的创新工艺技术。该创新工艺技术具有国家授权专利，是三嗪醇的低成本生产工艺，也是二氧化碳固定产品的基础。

●燃煤烟气污染物干式高效脱除技术开发

将固碳产物三嗪醇应用于烟气处理，可形成“燃煤烟气污染物干式高效脱除技术”，这是解决我国雾霾问题亟待开发的一项技术。它具有设备装置固定资产投入少、工业运行成本低、污染物排放少（水溶性盐在现有排放量的1/400以下）、运行安全性等许多优点，克服了目前广泛应用的烟气湿法处理工艺废水排放、废汽气溶胶（雾霾主因之一）排放等难问题。

●零碳排放的化石能源供热供汽装置

化石能源供热供汽装置，特别是燃气供热供汽可以设计成零碳排放的供热系统。高品质的天然气应该固碳利用，炼化企业的天然气制氢也是进行零碳排放改造的一个应用场景。

●钢铁尾气直接生产固碳产品三嗪醇的工艺设计

钢铁界早已提出了“钢化联产”的减排理念，其中“化”的最优产品就是“三嗪醇”。将钢铁工业过程中的焦炉气、高炉气及转炉气等含有CO₂的排放气直接转化为三嗪醇固碳产物，应该是最有效的碳减排技术途径，该技术也可以称为“钢化联产的优选低碳排放路线”，比“氢能炼钢”更易实施。

●三嗪类高分子材料创新工艺开发

以CO₂衍生物三嗪醇为原料，通过创新工艺生成的三嗪类高分子材料是一类具有低成本、低碳排放、低内能的高分子材料，可以替代一部分高能耗高排放的工业材料，有希望发展为一类介于石油基材料（塑料等）和无机材料（钢铁、电解铝等）之间的工业材料。它也可以形成超高强度的二维聚合物——比钢铁硬，比塑料轻。

●化石能源固碳利用的能源路线设计

燃煤发电：在IGCC和CO₂衍生物三嗪醇合成工艺基础上，设计开发一套燃煤发电固碳新工艺，实现煤炭的能量和物质的高效利用（EMSU）。新的燃煤电厂具有无废气排放（无烟囱）的特性，水汽消耗可降低2/3以上。

石油工业碳中和工艺开发：将石油转化为固碳产物三嗪醇，可联产热、电、氢、氨等能源及能源物质；也可以生产低成本、低碳排放及低内能的三嗪类高分子材料（见图2）。

本课题所涉及的有关问题如下：

●雾霾及全球气候变暖将给人类生存带来诸多不利影响。

●世界绿色能源和绿色碳汇快速发展受限，现有工业过程节能减排有限，现有工业过程排放的大量CO₂难以封存利用，急需开发新的低碳排放工业路线。

●高碳资源只有生产高固碳产品才更有利于实现低碳排放的工业利用。我国能源结构难以调整，应该首先进行能源技术革命。既要保供增加煤炭产量，又要实现碳中和目标，只有开发“用碳不排碳”的化石能源固碳清洁利用。

●湿法脱硫烟气中水溶性盐的排放是我国雾霾发生的一个主因，它不仅存在烟气气溶胶排放处理难题，而且存在废水零排放难题。我们提出的治霾路线是近期开发燃煤烟气污染物干式高效脱除技术，长期进行新的低碳排放工业路线开发。

●固定源氢能开发固碳的氢能，移动源氢能开发氨载氢。

●应该全流程、全因素、全生命周期的分析考察化石能源的利用及后处理过程，通过能量流、物质流等理论及工程数据的分析，应用多种高新工艺技术，开发将化石能源的能量和物质成分同时高效利用的整套装置，实现化石能源总的利用效率、经济效益、环境效益及社会效益的最优化。

●实现碳中和目标的科技途径可分为以下三类：一是不用碳不排碳——碳替代，开发绿色能源体系，代替现有化石能源工业经济体系；二是“用碳不排碳”——直接碳中和，开发化石能源碳氢化合物固碳利用不排放CO₂新途径，将其能量和物质成分同时高效利用（EMSU)；三是排放CO₂的中和，生物光合作用——绿色碳汇增强。

●通过化石燃料能源技术和材料技术的革新来解决环境及全球气候变暖问题，符合国家大科学、大工程的优先方向。

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