隨著我國“30·60”目標(biāo)的提出，二氧化碳綜合利用也被提到了一個前所未有的高度。二氧化碳的利用方向大致上可以分為油藏利用、化學(xué)利用以及生物利用。其中的化學(xué)利用主要是將二氧化碳催化轉(zhuǎn)化成清潔能源和精細(xì)化學(xué)品。該過程一方面能夠消耗大氣中的二氧化碳，同時能夠提供新的能源以及其他精細(xì)化學(xué)品，是一種綠色的可持續(xù)的路線。

　　近年來，中國企業(yè)和科研機構(gòu)在二氧化碳制甲醇、烯烴、芳烴、汽油，二氧化碳制甲酸，DMF，DMC，二氧化碳和甲烷重整制合成氣，二氧化碳制可降解塑料等高價值化學(xué)品方面均取得一系列進展。從中，記者選取了一些已成功實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的項目，以及備受各界關(guān)注的前沿項目進行了解采訪，以求為各位讀者展現(xiàn)當(dāng)前二氧化碳綜合利用項目的發(fā)展現(xiàn)況及未來趨勢。

制電池級DMC：搭上新能源領(lǐng)域順風(fēng)車

　　二氧化碳催化轉(zhuǎn)化制高附加值化學(xué)品是二氧化碳資源化利用的重要途徑。在這一領(lǐng)域，遼寧奧克化學(xué)股份有限公司屬于走在前列的化工企業(yè)。從2009年開始，奧克便在國內(nèi)率先進行二氧化碳和環(huán)氧乙烷反應(yīng)制取精細(xì)化學(xué)品的研發(fā)工作。

　　“我們相信化學(xué)能夠越來越好地模仿植物的光合作用，實現(xiàn)二氧化碳的資源化利用。”奧克董事長朱建民表示，光合作用能夠在常溫下利用二氧化碳，現(xiàn)代的化學(xué)科技也會逐漸接近這一過程。與此同時，奧克著手二氧化碳綜合利用工作也是基于其產(chǎn)業(yè)鏈的現(xiàn)實情況。

　　朱建民告訴記者，奧克生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，在生產(chǎn)過程中原料乙烯有一部分不能完全轉(zhuǎn)化為環(huán)氧乙烷，而是產(chǎn)生了二氧化碳。而惰性的二氧化碳和活潑的環(huán)氧乙烷的并存激發(fā)了奧克科研人員的靈感，自然而然地想到了利用二氧化碳和環(huán)氧乙烷進行反應(yīng)，制備精細(xì)化學(xué)品。

　　從2009年奧克開始著手二氧化碳資源化利用研發(fā)起，至今已走過十多個年頭。十年磨一劍，奧克也在這一領(lǐng)域取得了巨大成功。在其相關(guān)業(yè)務(wù)中，最為出彩的就是與中科院過程所聯(lián)合開發(fā)的“固載離子液體催化二氧化碳轉(zhuǎn)化制備碳酸二甲酯/乙二醇綠色工藝”。該工藝是世界首創(chuàng)、國際領(lǐng)先的綠色工程與綠色化學(xué)應(yīng)用成功范例。反應(yīng)機理為利用乙烯氧化制環(huán)氧乙烷排放的二氧化碳廢氣為原料，與環(huán)氧乙烷在離子液體催化劑的作用下，通過羰基化反應(yīng)生成碳酸乙烯酯，然后碳酸乙烯酯再與甲醇反應(yīng)生產(chǎn)碳酸二甲酯和乙二醇。該工藝為二氧化碳資源化利用、現(xiàn)有乙二醇工藝節(jié)能及延伸環(huán)氧乙烷產(chǎn)業(yè)鏈開辟了新途徑。

　　奧克創(chuàng)新開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的成套技術(shù)，主要有三大創(chuàng)新突破：

　　一是發(fā)明了固載離子液體催化劑，具有環(huán)氧乙烷單程轉(zhuǎn)化率高、原料適應(yīng)性強、催化劑無需分離等優(yōu)勢，并實現(xiàn)量產(chǎn)工業(yè)化示范應(yīng)用。

　　二是攻克了羰基化反應(yīng)器氣液均勻分布等關(guān)鍵技術(shù)，創(chuàng)新開發(fā)了萬噸級固載離子液體氣液固三相列管式反應(yīng)器。

　　三是研究開發(fā)了醇解反應(yīng)-變壓共沸精餾耦合過程強化技術(shù)，創(chuàng)新實現(xiàn)了全系統(tǒng)熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化集成，大幅降低了能耗、顯著提高了經(jīng)濟性、減少了設(shè)備投資。

　　值得一提的是，遼寧奧克以實現(xiàn)二氧化碳資源化利用為初衷開發(fā)的上述工藝，又使公司搭上了新能源領(lǐng)域的順風(fēng)車。由于該工藝可以生產(chǎn)電池級產(chǎn)品碳酸二甲酯，而后者正是鋰電池的電解液溶劑。

　　奧克股份年報顯示，隨著全球電動化進程加速、新興消費領(lǐng)域快速擴張、“十四五”期間儲能產(chǎn)業(yè)爆發(fā)以及碳中和概念的提出，電池級碳酸酯溶劑需求將會維持高速的增長趨勢。而奧克生產(chǎn)的電池級碳酸二甲酯，由于使用的是自產(chǎn)的環(huán)氧乙烷與裝置副產(chǎn)的二氧化碳，因而具有較強的原材料成本優(yōu)勢。

　　對于切入新能源賽道，朱建民始終保有一份冷靜的思考。他告訴記者，即使沒有新能源，沒有鋰電池的機遇，奧克同樣會堅定不移地研究二氧化碳的資源利用。“火的事情是比較容易降溫的。”朱建民說，目前由于新能源更火一些，所以人們對二氧化碳與環(huán)氧乙烷衍生的碳酸乙烯酯的關(guān)注更多一些。但從奧克的發(fā)展戰(zhàn)略來考慮，奧克搞二氧化碳資源利用，既要抓住當(dāng)下新能源這個機遇，更要立足長遠。不僅僅是做碳酸二甲酯，做鋰電池溶劑，更要持續(xù)開發(fā)包括碳酸乙烯酯和聚碳酸酯等新材料在內(nèi)的二氧化碳資源化利用的產(chǎn)業(yè)鏈。

　　今年初，遼寧奧克再次擴張其二氧化碳項目版圖。1月16日，奧克股份發(fā)布公告稱，公司擬在大連長興島(西中島)投資建設(shè)環(huán)氧與二氧化碳衍生綠色低碳精細(xì)化工項目。

　　其中，一期項目預(yù)計總投資50億元，將投資建設(shè)35萬噸/年環(huán)氧乙烷、30萬噸/年碳酸酯系列產(chǎn)品、40萬噸/年環(huán)氧乙烷下游衍生系列產(chǎn)品、15萬噸二氧化碳回收和10萬噸/年二氧化碳衍生綠色低碳新能源系列產(chǎn)業(yè)集群;項目二期將規(guī)劃建設(shè)綠色甲醇制烯烴、綠色烯烴下游衍生物、綠色特種烯烴聚合物等，進一步做強做大奧克綠色環(huán)氧與二氧化碳衍生綠色低碳精細(xì)化工及能源化工新材料產(chǎn)業(yè)，培育壯大特種烯烴聚合物等高端新材料產(chǎn)業(yè)。

　　這些項目的上馬體現(xiàn)了朱建民對二氧化碳綜合利用項目的信心。他告訴記者，奧克“十四五”的目標(biāo)是要建設(shè)100萬噸級以上二氧化碳資源化利用裝置。“我們石油化工行業(yè)排放的二氧化碳加起來，只有10億噸左右。資源化利用100萬噸二氧化碳，對這10億噸碳排放來說，太有意義了。”朱建民如是說。

　　制甲醇：液態(tài)陽光甲醇大有可期

　　二氧化碳還可加氫制甲醇。在該領(lǐng)域，當(dāng)前最受關(guān)注的莫過于中國科學(xué)院院士李燦的“液態(tài)陽光甲醇”項目。該項目最初的設(shè)計原理很簡單，即：水經(jīng)太陽光光解制綠氫，再與二氧化碳進行加氫反應(yīng)，從而生成甲醇。該過程零污染零排放，并且可形成循環(huán)，是迄今為止人類制備甲醇最清潔環(huán)保的方式之一，值得大力推廣。

　　但這一過程產(chǎn)業(yè)化，就目前來看，還需要進一步完善。記者在與朱建民的交流中了解到，該工藝的設(shè)計初衷是以光解水得到的綠氫，再與二氧化碳反應(yīng)制備甲醇。但目前光解水的光催化效率還有待于進一步提升，所以，目前該技術(shù)還不能大規(guī)模實現(xiàn)真正意義上的制取綠氫。

　　盡管如此，對于這些瓶頸障礙，朱建民認(rèn)為，目前有可以實現(xiàn)綠氫的替代方案：“綠氫找不到，能不能用灰氫代替?目前光解水不具備經(jīng)濟效益，改用電解水行不行?現(xiàn)在光伏發(fā)電、小水利發(fā)電的成本很低，是否可以實現(xiàn)替代?”

　　朱建民為“電解水”的方案算了一筆經(jīng)濟賬：當(dāng)電價低于2角時，電解水得到的氫氣再去和二氧化碳反應(yīng)制備甲醇就具有經(jīng)濟性了。同時，隨著催化劑的發(fā)展和改進，當(dāng)光解率達到一定的水平，光解水制綠氫也就具有經(jīng)濟性了，取之不盡用之不竭的太陽能可以在更先進的催化劑作用下，直接分解水制備氫氣，進而再與二氧化碳反應(yīng)制備甲醇。

　　朱建民認(rèn)為仿生很重要，化學(xué)科技應(yīng)當(dāng)向大自然靠近、像植物的光合作用靠近。“植物進行光合作用的條件溫和、能耗不大。”朱建民相信，不久的將來，在人們開發(fā)的新型催化劑作用下，光解水也能像植物進行光合作用一樣，不需要過多的能耗、輕而易舉地獲得綠氫。

　　在朱建民看來，液態(tài)陽光甲醇項目的發(fā)展大致可分成兩個階段：

　　第一階段在實現(xiàn)高效光解水催化劑之前，可以用低成本具有經(jīng)濟性的清潔能源發(fā)電來電解水制氫替代光解水制氫。

　　第二階段在成功開發(fā)高效光解水催化劑以后，便可實現(xiàn)用源源不絕的陽光進行光解水制氫，并與二氧化碳反應(yīng)制備甲醇。

　　朱建民說，李燦院士是我們國家這個領(lǐng)域的頂級專家，這些思路他都與李燦院士等進行過交流。朱建民看好液態(tài)陽光甲醇項目，認(rèn)為其符合大的發(fā)展趨勢，實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化不會太遙遠。

　　據(jù)了解，目前我國首個液態(tài)陽光甲醇合成示范工程，正是通過光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能，進行電解水制氫，再以二氧化碳加氫從而制備甲醇。該項目于2020年1月17日在蘭州新區(qū)綠色化工園區(qū)試車成功。項目由太陽能光伏發(fā)電、電解水制氫、二氧化碳加氫合成甲醇三個基本單元構(gòu)成，總占地約289畝，總投資約1.4億元。項目達產(chǎn)后可年產(chǎn)“液態(tài)陽光”甲醇1440噸。其中單程甲醇選擇性大于90%，催化劑運行3000小時性能衰減小于2%。

　　朱建民告訴記者，除了液態(tài)陽光甲醇項目(二氧化碳加綠氫制甲醇)外，目前二氧化碳加綠氫制乙醇項目也在研發(fā)中。遼寧奧克對此高度關(guān)注，主要是基于兩點：

　　一是從化工產(chǎn)業(yè)鏈的角度來看，這些項目得到的甲醇或者乙醇，又是乙烯的源頭。而乙烯正是遼寧奧克的主打產(chǎn)品環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)原料。

　　二是從能源運輸來看，甲醇是重要的儲氫載體，運輸甲醇就等于運輸氫氣，到了目的地后，再將甲醇還原成氫氣，這是發(fā)展新能源的一個重要思路。

　　“一個是我國未來新的化工原料生產(chǎn)途徑，一個是我國未來新的氫能運輸途徑。”朱建民告訴記者，從這兩個角度講，項目的意義和前景都是巨大的。去年兩會期間，作為全國政協(xié)委員的朱建民還與同為政協(xié)委員的李燦院士聯(lián)名提案，正是因為他認(rèn)為該項目意義重大。

　　液態(tài)陽光甲醇這條制備甲醇的新路徑，也得到業(yè)界的高度關(guān)注和認(rèn)可。未來智庫分析文章稱，甲醇有望成為二氧化碳資源化利用的主要產(chǎn)品。該文章指出，甲醇分子結(jié)構(gòu)簡單，利用二氧化碳制備甲醇，過程也較為容易實現(xiàn)，因此甲醇是從二氧化碳還原獲得的理想產(chǎn)物之一。通過二氧化碳制備甲醇，可以依托現(xiàn)有的碳一化學(xué)體系來實現(xiàn)化工品的綠色制造，因此甲醇有望成為二氧化碳資源化利用的重要的方向。

　　“二氧化碳加氫反應(yīng)實質(zhì)是固定太陽能的過程，李燦院士的這個項目給我們這個領(lǐng)域的研究提供了很好的思路，”大連理工大學(xué)一位以催化機理為研究對象的博士向記者表示，甲醇供給下游，最終會通過碳循環(huán)回到二氧化碳。整個過程相當(dāng)于消耗太陽能和水，而二氧化碳僅作為能量載體。

　　即使與目前很火的氫能相比，液態(tài)陽光甲醇也具有更多的優(yōu)勢。上述大連理工博士為記者介紹了三點：

　　一是目前氫氣的存儲、運輸技術(shù)不成熟，氫氣的安全性無法保證。

　　二是氫氣如果作為燃料直接燃燒的話，現(xiàn)有的汽車的動力系統(tǒng)都得跟著變。“要知道，把市面上所有汽車改成氫動力汽車，是個浩大工程。”該博士強調(diào)，但是如果通過二氧化碳加氫制汽油，或者制甲醇作添加劑，可以在不改變現(xiàn)有汽車發(fā)動機的情況下，利用二氧化碳加氫反應(yīng)，將氫氣的能量釋放出來。

　　三是二氧化碳加氫制甲醇除了能夠生產(chǎn)燃料，還能生產(chǎn)化學(xué)品，比如烯烴、芳烴(目前仍在實驗室階段)。這是僅利用氫能源無法做到的。

　　對于液態(tài)陽光甲醇未來的發(fā)展，朱建民呼吁國家政策應(yīng)有一定的傾斜。“最大的文章一定還是綠氫和二氧化碳。”朱建民認(rèn)為，液態(tài)陽光甲醇項目值得期待，甚至比二氧化碳與環(huán)氧乙烷衍生碳酸乙烯酯更具發(fā)展前景。所以，朱建民領(lǐng)導(dǎo)的奧克對此高度關(guān)注。

　　朱建民談到，目前液態(tài)陽光甲醇項目進展較為緩慢，是從1000噸/年、3000噸/年這個級別一點點擴大，最大是5000噸/年，但是“有5000噸就能有5萬噸。”朱建民非?？春眠@個項目的未來，他說奧克的環(huán)氧與二氧化碳衍生碳酸乙烯酯的項目當(dāng)初也是從3萬噸/年的中試裝置開始做起，如今正在建設(shè)15萬噸/年工廠、正在設(shè)計30萬噸/年裝置。液態(tài)陽光甲醇項目的前景值得期待。

　　朱建民透露，目前遼寧奧克正在探索與相關(guān)院所的深度合作，探索建設(shè)3萬～5萬噸/年的液態(tài)陽光甲醇項目，即二氧化碳加氫制甲醇項目。作為科技創(chuàng)新型的化工企業(yè)家，朱建民領(lǐng)導(dǎo)奧克正在探索3萬～5萬噸級別的二氧化碳加氫項目。同時，在今年兩會上，朱建民也在積極呼吁國家發(fā)改委等相關(guān)部門高度關(guān)注和支持液態(tài)陽光甲醇項目。

制汽油：已產(chǎn)出國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)清潔油品

　　除了李燦院士的液態(tài)陽光甲醇項目外，由大連化物所孫劍團隊于2017年開發(fā)的二氧化碳加氫制汽油技術(shù)也于近期開車成功。

　　今年3月4日,大連化物所微信公眾號發(fā)文稱，近日，由大連化物所和珠海市福沺能源科技有限公司聯(lián)合開發(fā)的全球首套“1000噸/年二氧化碳加氫制汽油”中試裝置,近日在山東鄒城工業(yè)園區(qū)開車成功,生產(chǎn)出符合國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)的清潔汽油產(chǎn)品。

　　據(jù)悉，這項技術(shù)可實現(xiàn)二氧化碳和氫的轉(zhuǎn)化率達到95%，汽油在所有含碳產(chǎn)物中的選擇性優(yōu)于85%，顯著降低了原料氫和二氧化碳的單耗，整體工藝能耗較低，生成的汽油產(chǎn)品環(huán)保清潔，經(jīng)第三方檢測，辛烷值超過90，餾程和組成均符合國VI標(biāo)準(zhǔn)。目前已形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的二氧化碳加氫制汽油生產(chǎn)成套技術(shù)，為后續(xù)萬噸級工業(yè)裝置的運行提供了有力支撐。

　　3月4日,該技術(shù)在上海通過了由中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會組織的科技成果評價。評價專家組專家一致認(rèn)為,該技術(shù)成果屬世界首創(chuàng),整體技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平,同意通過科技成果評價。

　　記者了解到,就目前來看,該項技術(shù)暫不具備量產(chǎn)或者工業(yè)化的條件,投產(chǎn)比較困難。首先,該技術(shù)轉(zhuǎn)化效率較差,氫氣的能量損耗還是比較大的;其次,制造成本較高,據(jù)實驗測算,生產(chǎn)成本要高出汽油成品價格一半以上;再次,催化條件要求較高,實驗需要食品級的二氧化碳、高純氫氣才能進行生產(chǎn)。

　　有業(yè)內(nèi)人士分析稱,作為一種技術(shù)儲備,如果未來出現(xiàn)新的工藝能低成本大量生產(chǎn)氫氣,那么這兩個技術(shù)一結(jié)合,就可以對我國富煤貧油的能源局面產(chǎn)生很大的緩解作用。

其他方向：人工淀粉備受關(guān)注

　　二氧化碳的利用方法除了上述化工利用外，還包括油藏利用(CCUS-EOR)和生物利用兩大方面。這些利用方式均對我國“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)具有意義重大。

　　油藏利用是指利用高濃度二氧化碳進行驅(qū)油氣，提高油氣采收率，在減碳的同時可增加油氣的產(chǎn)量，可進一步加強國家能源安全保障，把能源的飯碗端得更牢固，可謂一舉兩得。二氧化碳的油藏利用是目前二氧化碳利用技術(shù)最廣泛的應(yīng)用場景。

　　具體而言，在油田中注入二氧化碳，使得原油的體積膨脹，擠出的原油也就更多。在連通器效應(yīng)下，一端出油，另一端所充入的二氧化碳也被順理成章封存在了油田當(dāng)中。

　　近年來，隨著油氣勘探的不斷深入，我國低滲透油藏比例逐漸增大，約占全國已探明油藏儲量的2/3。為解決低滲透油藏開發(fā)難度大、開采效率低等問題，注氣驅(qū)油技術(shù)越來越受重視。

　　勝利油田高級專家呂廣忠表示，把二氧化碳注入油井，既能減碳，還能增加原油流動性，驅(qū)替油藏微孔中的原油，大幅提高石油采收率。他介紹，二氧化碳驅(qū)油效率比水驅(qū)高40%，一次封存率能達到60%～70%，最終封存率達100%，既能提高石油產(chǎn)量還能減少二氧化碳排放，兼具生態(tài)效益與經(jīng)濟效益。

　　而在生物利用方面，前段時間引起高度關(guān)注的二氧化碳合成淀粉便是其中之一。去年9月，中科院團隊(中科院天津工業(yè)生物所)完成二氧化碳人工合成淀粉的重大突破?？蒲腥藛T構(gòu)建了一種將二氧化碳與電解后產(chǎn)生的氫氣，合成淀粉的人工路線。

　　天津工業(yè)生物所副研究員蔡韜表示，人工合成淀粉的意義在于更加高效。實驗室初步測試顯示，人工速率是自然速率的8.5倍。如果在能量供給充足的情況下，理論上1立方米大小的生物反應(yīng)器年產(chǎn)淀粉量，就相當(dāng)于國內(nèi)5畝玉米地年產(chǎn)淀粉量。

　　也就是說，以后的農(nóng)作物，不再需要太多土地和水資源就能完成種植，在實驗室一方小小的培養(yǎng)皿上，就可以生產(chǎn)源源不斷的淀粉。更值得期待的是，人工合成淀粉的中間產(chǎn)品，還可以發(fā)酵生產(chǎn)醇/酸/酮等平臺化合物，用于生產(chǎn)塑料、橡膠這些高附加值產(chǎn)品。

　　國外的二氧化碳生物利用技術(shù)也屢屢見諸報端。前段時間，據(jù)日本《產(chǎn)經(jīng)新聞》報道，日本政府為實現(xiàn)2050年碳中和的目標(biāo)，擬將“合成生物”技術(shù)投入實際使用。這種技術(shù)具體指通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)使微生物能夠吸收二氧化碳等溫室氣體，并最終高效合成燃料和生物塑料。

　　報道介紹，技術(shù)人員將對能夠利用二氧化碳生成各類物質(zhì)的“氫細(xì)菌”進行轉(zhuǎn)基因操作，使其高效合成燃料、纖維、塑料等物質(zhì)。氫細(xì)菌吸收二氧化碳的能力是藻類的50多倍。再配合直接從大氣中分離、回收二氧化碳的DAC等技術(shù)，就可創(chuàng)造出一整套將二氧化碳變廢為寶的流程。

　　無獨有偶，由長期專注于碳捕獲和轉(zhuǎn)化(CCT)的創(chuàng)新公司LanzaTech、美國西北大學(xué)和美國能源部橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的科學(xué)家聯(lián)合開發(fā)一項高效新工藝，可利用一種名為產(chǎn)乙醇梭菌的工程細(xì)菌將廢氣(例如重工業(yè)排放物或生物質(zhì)產(chǎn)生的合成氣)轉(zhuǎn)化為丙酮和異丙醇。此外，總部位于奧地利的初創(chuàng)公司Arkeon Biotechnologies近日宣布完成706萬美元的種子輪融資。該公司也是一家致力于二氧化碳生物利用的公司，其主攻方向是利用古細(xì)菌將二氧化碳轉(zhuǎn)化成蛋白質(zhì)。據(jù)悉，該公司可從工業(yè)中捕獲二氧化碳并通過一次發(fā)酵工藝自然產(chǎn)生20種氨基酸。該公司并未披露具體的一次發(fā)酵方法，但官網(wǎng)顯示，該工藝不需要氧氣，可從生物反應(yīng)器中直接收獲，因此可應(yīng)用于太空。