遇见大咖（6）|山大教授朱维群：给“二氧化碳”带上紧箍咒！
“将化石燃料碳氢化合物在一定工艺条件转化为CO2（二氧化碳）和H2，将H2利用燃料电池发电； CO2进行封存利用（CCUS），被认为是化石燃料对环境友好的能源路线。”山东大学教授朱维群日前对记者表示，将化石能源转变为清洁能源的氢能进行利用，同时将产生的二氧化碳直接封存利用做成产品，这样可形成环境友好的能源工业路线。
朱维群认为，传统能源利用方式有两大缺点，一是化石燃料中的化学能必需先转变成热能再转变成机械能或电能，但受材料的限制获得的能量效率只有33～35%。摘一个是传统能源利用方式给人们的生活环境造成了巨量的废水、废气、废渣、废热和噪声的污染。
朱维群说，新的低碳工业材料路线是将二氧化碳封存产品继续开发成高分子材料，替代一部分高耗能高排放的材料工业。这是我国大气雾霾治理、工业产业结构调整、应对全球气候变化及实现生态文明等最有效的一条技术途径。
目前在世界上没有一条比较理想的二氧化碳化学封存利用技术路线。因此，山东大学提出了利用一部分H2与N2反应成NH3， NH3与CO2在一定工艺过程条件下得到CO2含量最高的稳定固体产品三嗪醇，剩余的H2再去发电的新技术。这项由山东大学开发的CO2化学利用新技术，可以在现有燃气电厂或燃煤电厂、煤制天然气及煤制油领域进行全部或部分二氧化碳的封存利用。
目前的二氧化碳捕集封存（CCS/CCUS）在国内外仍处于研发和示范阶段，面临着高成本、高能耗、长期安全性和可靠性不确定等突出问题。并且额外消耗能源，采用CCS技术增加了25%~40%的额外能耗，投资巨大且不具备经济效益。
虽然二氧化碳驱油是目前比较好的CCUS方法，但驱油所用CO2大约会有2/3回到地表，因此CO2驱油只是短时效的CCUS项目，不能当作长期性的CCUS封存方法。
合成高分子材料市场应用前景广阔
将化石燃料碳氢化合物在一定工艺条件转化为CO2和H2，将H2利用燃料电池发电； CO2进行封存利用（CCUS），被认为是化石燃料对环境友好的能源路线。
朱维群认为，当前，不仅火电厂排放大量的二氧化碳，传统工业如电解铝、钢铁、水泥、平板玻璃等也是高能耗、高排放工业体系，这对于我国的电力供应、资源消耗、大气质量及水体污染等造成了巨大的压力。
据了解，我国传统制造业产能过剩，特别是电解铝、钢铁、水泥、平板玻璃等高能耗、高排放行业迫切需要产业结构调整，据统计，2012年底，我国钢铁、水泥、电解铝、平板玻璃产能利用率分别仅为72%、73.7%、71.9%、73.1%。
而基于煤制甲醇基础上的新型煤化工近期由于低油价的冲击也困难重重，有关专家测算分析，煤制烯烃、煤制油、煤制乙二醇在80美元/桶原油价格体系下具有一定市场竞争力，实行二氧化碳减排后，煤制烯烃、煤制乙二醇在100美元/桶原油价格体系下才具有市场竞争力，原油价格低于100美元/桶时，项目经济难于承受；煤制油在原油110美元/桶价格下可以承受。
“开发出一条低能耗、低排放的工业材料路线是解决我国CO2、SO2及NOx排放的根本方法。在生产中尽可能地将CO2封存在产品中，在生产过程中不排放CO2，实际上这也是最好的CO2封存利用。”朱维群认为，在生产过程中排放大量CO2，再去捕集、封存、利用，往往得不偿失。
由化石燃料转化为氨和二氧化碳，继续合成三嗪醇/胺，进而合成高分子材料是一条化石燃料环境友好的材料工业路线，它具有低碳、低成本的优势，发展潜力无限。
据了解，氢燃料电池发电是具有能源革命意义的新一代能源动力系统，是一种可持续发展的能源，其能量转换率可达60%-80%，使用效率是普通内燃机的2-3倍。另外它还具有排气干净、噪音低、环境污染小、可靠性强及维修性好等优点。对于解决“能源短缺”和“环境污染”这两大世界难题有重要意义 。
产生的氢气既可直接燃烧发电，也可采用氢燃料电池将化学能直接转化为电能，发电效率是现有热电效率的2倍以上，而且生成产物是水，这是最环保的能源利用方式。
朱维群认为，氢作为清洁能源可以利用再生能源进行转换，是解决“弃风弃光”的一种有效途径，将化石能源转变为氢清洁能源进行工业利用是解决全球气候变化及环境污染一条可行技术。
据了解，生产1吨三嗪醇产品需要消耗1.0吨CO2，只需要原料氨0.4吨。从化学反应来说，这是封存利用CO2最有效的化学反应，也就是氢耗量（能量消耗）最少的固定CO2过程。三嗪醇产品是白色固体，无色无味，物理性质稳定，是CO2封存利用的一种最佳方式。每吨产品利润在1500元/吨以上，经济效益显著，市场应用前景广阔。
形成CO2利用循环经济产业链
目前在工业生产上，年产30万吨合成氨装置每年排放二氧化碳58万吨，在此装置基础上继续合成尿素，可以建立年产52万吨尿素装置，每年排放二氧化碳20万吨排放。
“如果继续合成三嗪醇，根据我们的中试结果，可以建立年产66万吨的三嗪醇装置，每年排放CO2量为负的16万吨。”朱维群说。煤气化过程中一般都有高纯度的N2、H2 、CO2等原料，通过改变反应过程和目标产品即可实现CO\的氨化矿化。
朱维群以某煤制烯烃项目为例向记者介绍，该项目计划建设年产180万吨甲醇装置和年产68万吨甲醇制烯烃装置。该项目年副产二氧化碳 360万吨，N2 130万吨，纯度都在95%以上。
“经估算，年产68万吨烯烃可设计成年产380万吨的三嗪醇，产品重量增加312万吨，而且没有CO2排放。” 朱维群说，由CO2经三嗪醇/胺，进而合成密胺树脂类高分子材料， 这也是一条利用CO2生产各种功能材料易于实现路线。
按照设计的材料工业路线，将化石燃料在空气和水的参与下，通过一定工艺过程就可以得到密胺树脂类高分子材料，生产1吨产品只需要消耗化石燃料1吨标煤左右，这是一条符合绿色、低碳、可持续发展的生态工业路线。
密胺树脂材料具有无毒无味，耐腐蚀、耐高温、耐低温、阻燃、质轻，有很强的耐用性等综合性能，在全球范围内的建筑装饰、交通车辆、水上船舶、航空航天、机电设备、工业吸音保温等领域中获得广泛使用。
朱维群对记者表示，化石燃料清洁利用的优选路线提出了一种封存利用CO2的有效方法。CO2高值封存利用技术是高碳资源低碳利用（相当于绿色能源）、化石燃料利用的最节能减排方式（不排放CO2）及二氧化碳封存利用的最可行方式，即是最可行的低碳技术。
该技术不仅能够封存CO2，而且使CO2得到增值，形成CO2利用的循环经济产业链；也是一条利用CO2生产各种功能材料易于实现的工艺路线，同时也是一条化石燃料清洁利用的优选路线。