低碳经济  展现化工行业新商机
石油和化学工业规划院副院长   史献平
    长期以来，人们对化学工业在发展低碳经济中的作用认识不足，认为化工属于高耗能和高污染行业，在发展
低碳经济过程中只会起不利作用。其实虽然化工产品生产在从原材料开采到废弃物处置整个生命周期中排放了一
定量的温室气体，但与一些行业比所占比例并不高，而且化学工业所生产的产品和相关技术对其他行业的温室气
体减排起着重要的促进作用。统计表明，2005年化学工业每排放1t温室气体，可使其他行业减排2.1～2.6t温室
气体。另外，化学工业在自身发展过程中还可以通过调整产品结构、改变原料和工艺路线、采用先进的节能技术
等方式来进一步降低整个生命周期的温室气体排放量。综合来看，化学工业在发展低碳经济中的正面作用大于负
面作用，化学工业为低碳经济的发展做出了积极贡献。
　  当今，在低碳经济不断深入的发展过程中，化学工业该如何进一步发挥积极作用？笔者认为应该从两个方面
入手：一是加强自身的节能减排和工艺优化，减少全生命周期中温室气体的排放；二是要通过生产有助于促进整
个低碳经济发展的产品及开发相关的技术，帮助其他行业减少温室气体排放。应该说发展低碳经济给化学工业带
来了一定的压力，但更为其进一步发展提供了巨大的商机
　　一、低碳经济助推化学工业实现自身低碳化
　　优化能源结构  作为耗能大户之一，化学工业所采用的能源结构对行业的温室气体减排有着重要的影响。受
“富煤、贫油、少气”资源禀赋的约束，我国化学工业主要能源目前只能是煤炭。减少温室气体排放的措施主要
是提高煤炭的使用效率，降低能耗，通过减少使用量及进行适当的末端处理来减少温室气体排放。
　　调整产品结构  我国化学工业产业结构原本偏重，近几年又大力发展石油化工、煤化工及基础化工，使产业
结构进一步重化。据介绍，化学工业中合成氨、烯烃及氯碱占化学工业排放量的53%，其中合成氨占22%；蒸汽裂
解烯烃占16.5%；氯碱占14.5%。我国合成氨和烧碱的产能均居世界第一，烯烃产能也名列前茅。上面统计没有把
煤化工单列，如果单独统计，煤化工所排放的温室气体所占比例应该更高。因此，我国化学工业应积极调整产品
结构，减少碳排放高的产品产能，增加低碳产品产能，加强精细化工、化工新材料、高端石化产品及为节能减排
和可再生能源服务的产品发展，减轻对资源和能源的依存度。
　　优化工艺路线  在化工生产中，温室气体放量较大的工艺有如下几种：氧化过程、强吸热反应、电化学过程、
需要大量冷量的过程、具有大量分离过程的工艺、高压工艺等。在化工生产中要尽量避免使用这些工艺，已建装
置要改进工艺以降低碳排放量。可以通过采用高效催化剂和改进反应器设计以减少副反应，提高产品选择性，降
低原料单耗；采取各种节能措施，提高能源利用效率，减少电化学工艺的使用，尽量采用生物工艺过程等措施来
以降低温室气体排放。
　　二、低碳经济中化学工业商机频现
　　世界上多数国家和地区发展低碳经济的重点都是通过发展可再生能源和节能来减少对化石能源的消耗，从而
实现温室气体的减排。从这些产业的性质来看，它们大都与化学工业紧密相关，它们的发展为化学工业提供了巨
大的商机。因此，化学工业应关注绿色建筑、可再生能源等对发展低碳经济有重大影响的行业，了解它们在发展
过程中的需求，提供其所需要的产品和技术。
    1. 绿色建筑
    据估计，全球建筑能耗占总能耗的40%，排放的温室气体占1/3。欧共体已经颁布《建筑能效指南EPBD》，要
求到2020年欧共体境内新建建筑能耗基本为零，以节约能源和减少温室气体排放。新法规的实施为化学工业服务
低碳经济提供了新的舞台。为此，各大化工公司均成立建筑化学品及节能技术服务部门，以抓住商机。如巴斯夫、
拜耳及陶氏化学均成立了Construction Chemicals Business Unit，大力推进生态及绿色节能建筑材料的发展。
　　拜耳材料科学公司2009年推出生态商用建筑示范项目，基本使建筑物达到零能耗和温室气体零排放。拜耳数
据显示，生态建筑的建设投资将比普通建筑提高15%，但节能使使用成本大大降低，8年即可回收增加的投资。此
项目应用的与化工有关产品包括聚氨酯保温板、LED照明光源、太阳能电池、聚碳酸酯透光材料、各种密封胶、粘
结剂及涂料。
　　用于墙体、屋顶及地板的聚氨酯预制板是建筑节能的主角，拜耳公司已生产出适用的材料，在整个使用生命
周期中，通过对建筑物保温而减少的温室气体排放量大约为生产这种材料的70倍。安装在建筑物屋顶的太阳能电
池组提供了建筑物所需要的大部分能量，化学工业可为其提供和新材料超薄多晶硅片及热塑性聚氨酯(TPU)封装材
料。
　　为了减少照明电耗，建筑物尽量利用自然采光。化学工业可为其提供聚碳酸酯材料作为顶部及侧面窗子的透
光材料。设计师还采用LED代替常规光源，化学工业为其提供专用的封装材料，主要为环氧树脂及硅橡胶。
　　建筑物的温度调节利用热泵通过地下蓄热装置进行。热泵动力有太阳能提供，建筑成本合每平方米3600美元。
尽管初期投资比常规建筑略高，但其费用超出常规建筑部分可在8年内用节能效益抵消。如果建筑寿命按50年计，
剩余42年寿命期内能源节约所创造的效益相当可观，加之对温室气体减排的贡献，这种生态建筑的前景相当可期。
    2. 可再生能源
    发展可再生能源也是低碳经济的主要组成部分，同样给化学工业带来重要商机。可再生能源主要包括水电、
太阳能、生物质能源及风能。除水电外，化学工业在后三种能源的发展中都可以做出重要贡献。
     ⑴太阳能  尽管受金融危机的不利影响，2009年世界各国的光伏装机容量仍大幅度提高。其中德国增长了
3800MW，总量达到9677MW，欧洲其他国家及美国和日本也有不俗表现。太阳能发电能力在发达国家正在快速发展，
这给化学工业提供了重要商机。
    太阳能电池分为两大类，即晶硅电池和薄膜电池。目前90%商用太阳能电池为晶硅电池，其中薄膜电池有较大
的发展潜力。晶硅电池又分单晶硅(m-Si)和多晶硅(p-Si)，其中多晶硅占多数。多晶硅是通过将硅块转化为三氯
氢硅来生产的。多晶硅加工过程中所用切割液是一种以环氧乙烷为原料生产的化工产品。太阳能电池组的封装材
料也是化工产品，包括热塑性聚氨酯及其他高分子材料。
　　薄膜太阳能电池为后起之秀，是通过将光电材料沉积在玻璃、不锈钢或塑料等基材上生产的。根据所用光电
材料的不同，薄膜电池分为四类，即无定形硅(a-Si)、碲化镉(CdTe)、铜铟/联硒化镓/二硫化物(CIS、CIGS)及交
联型硅片(a-Si/m-Si)，这些光电材料多通过化学方法来生产。此外，出于满足轻量化、柔性好、抗沾污及耐候性
强等要求，薄膜电池的基材现在多采用氟材料如聚偏氟乙烯生产。没有并网的太阳能电池组有时要配套蓄电池贮
电，以备夜间使用，蓄电池的工作物质也为化工产品，包括氢氧化镍、六氟磷酸锂等锂盐。综上所述，光伏产业
同化工息息相关，可以说没有化工就不可能有现代光伏产业。据预测，2014年全球太阳发电能装机容量将达到
30000MW(3000万kW），比2009年增长30%。这无疑需要化学工业提供大量的原材料，从将扩大与之相关的化工产
品市场。
    ⑵生物质能源  生物质能源是仅次于煤炭、石油和天然气而位居世界能源消费总量第四的能源。一些国家生
物质能源发展实践表明，大规模生产生物质燃料有助于保障能源安全、发展农业经济和促进节能减排。当前，生
物质能源的原料正转向农林产业及其产品加工的废弃物。我国是农作物秸秆生产大国，每年可生产7亿多t，其中
40%作为饲料、肥料和工业原料，尚有60%可用于能源开发利用，约相当于2.1亿t的标准煤。预计到2010年和
2015年，我国主要农作物秸秆产量将分别达到7.8亿t和9亿t。农产品加工业副产品也是生物质材料的重要来
源，主要包括稻壳、玉米芯、甘蔗渣等，数量巨大，易于收集处理，可通过固化成型发电等方式提高利用效率。
2005年上述副产品的总量超过1亿t，经充分利用可生产0.31亿～0.67亿t标准煤的能源。此外，我国每年棉籽
产量达1300万t，可产棉籽油200万t左右，也为生物柴油提供了一条重要的原料来源。
　　以上述资源为原料生产的生物质能源，即第二代生物燃料需要生物化工技术为其提供纤维素和半纤维素预处
理、糖化及发酵的菌种和后处理提纯的工艺。另外，生物柴油的生产也要通过化工技术来实现。各国政府为了减
少化石燃料的消费，大都提出了今后几个阶段生物质燃料的使用比例，如欧盟在2020年生物质燃料要占交通燃料
总量的10%。既定目标的实现要靠化工产品和技术的支撑，也同时给化学工业提供了广阔的市场。
    ⑶风能  为了减少温室气体排放，世界各国都在大力发展风电，风电已成为发展最为迅速的一种能源。2009
年世界风电总装机容量已达到15.92万MW,其中当年新增容量为3.83万MW，同比增长31.7%，保持着总容量三年
翻一番的趋势。中国已成为世界风电发展的火车头，去年新增装机容量1.38万MW，增量位于世界第一，连续四年
翻番。据世界风电协会预测，2010年世界风电总装机容量将达到20万MW，2020年将达到190万MW。
　　风电发展和化学工业也有着密切关系。风力发电机的主要部件——叶片制造的大部分材料要由化学工业提供，
在运行过程中使用的耗材——高级润滑油脂及全套设备生产及维护用涂料也均为化工产品。以3MW发电机为例，
叶片总重量约十几吨，其中60%为纤维织物，30%为树脂。树脂包括环氧树脂、不饱和树脂、聚乙烯等；纤维增强
材料主要是玻璃纤维和碳纤维。为了减轻重量，大型风力发电机的叶片增强纤维大多采用碳纤维。此外，叶片也
要使用PVC、PET/PBT等合成材料作为芯材，还要使用很多辅助材料，如各种环氧类、聚氨酯类及聚酯类胶粘剂。
在最后的涂装环节中要使用性能优良的高档涂料，一般为耐候性能优良和不易沾污的氟涂料。根据190万MW的预
测装机容量，以平均单台容量3MW计算，2020年世界风力发电机将达到63万台，仅叶片生产所需的化工原材料就
将达600余万吨。为了保证风力发电机在恶劣环境中的几十年运转寿命，对这些原材料的性能要求极高，其价格
也要比普通产品高一倍以上。目前以上大部分产品我国还不能满足要求，只能依赖进口。这既给我国化学工业带
来了压力，也提供了巨大的商机。
    3. 二氧化碳捕集及资源化
　　低碳经济给化学工业带来的商机除扩大化工产品和技术市场外，还在于有些温室气体经过提纯和处理后可作
为原料和有用介质进行利用，化学工业也可以在其中找到用武之地。
    ⑴二氧化碳捕集  目前CO2捕集分离技术主要有三大类，即燃烧前捕集、燃烧后捕集和纯氧燃烧。无论采用
哪种方式，都涉及到CO2的捕集、提纯等处理工序。这些工序中采用的技术多是在化工生产中开发的，有的本身
采用的就是化学方法，化工工程公司可以参与其设计、安装及运行管理。
　　目前燃烧后捕集装置存在的主要问题是投资和运行费用过高。据测算，采用传统的化学吸收工艺建设的CO2
燃烧后捕集装置可使电厂的每千瓦装机容量投资增加54%～74%；每度电的发电成本增加57%～69%。所以化学工业
要抓住这方面的商机，做很多改进工作，包括吸收剂的比选、系统热能利用方案优化及压缩机效率的提高等。其
中吸收剂选择对投资和运行成本的降低起至关重要作用，具有较高吸收效率的吸收剂由于用量少可使设备尺寸及
吸收剂处理量减小，降低运行成本。据报道，日本三菱重工和关西电力已经合作开发了一种专用的受阻胺类混合
物作为吸收剂。
　　根据国际能源署统计，2007年全世界因燃料燃烧产生的CO2大约290亿t，其中电力和供热行业排放量为109
亿t。由于电力供热行业排放的CO2易于捕集，可以视为潜在市场，随着捕集装置投资和运行成本的降低，将为化
工技术的应用提供巨大的潜在商机。
    ⑵二氧化碳的回收和利用  CO2 是一种可利用的宝贵资源，已在化工、食品、机械加工、石油开采等领域大
量应用。但目前全球CO2 的利用量大约只有1亿t左右。
    ①合成可降解塑料  CO2降解塑料作为环保和高科技产品，正成为当今世界瞩目的研究开发热点。它可广泛用
于在自然环境中较难回收利用的领域，如堆肥、医用材料领域等。目前美国、日本、韩国和中国等国家均建起了
万吨级CO2 降解塑料装置。
    ②生产碳酸丙烯酯  在巨大的市场需求和供应缺口的助推下，国内一些大中型合成氨企业纷纷利用富余的CO2
生产碳酸丙烯酯产品，河南骏马、山东石大、濮阳三安等合成氨企业均有生产。华东理工大学化工学院成功开发
了利用CO2 废气在近邻界状态下与环氧丙烷直接合成碳酸丙烯酯的清洁生产新工艺路线，已应用于濮阳三安化工
有限公司等企业。
    ③生产碳酸二甲酯（DMC） DMC是近年来受到国内外广泛关注的环保绿色化工产品。我国自主开发成功的以
CO2 为原料，酯交换法合成DMC的新技术，生产１t DMC要消耗0.65t CO2 。如唐山朝阳化工有限责任公司开发
了万吨级DMC酯交换法生产工艺，目前已完成两项万吨级DMC及其配套碳酸丙烯酯装置的技术转让。日本国家先
进工业科技研究院开发了从甲醇和CO2直接合成DMC新技术。我国上海石化公司也与清华大学合作开发了一种合
成DMC的酯交换工艺，利用超临界CO2的性质，将环氧乙烷、甲醇和CO2通过一步反应合成DMC。
    ④二氧化碳作为气化剂  济南石化集团股份有限公司和全国煤化工设计技术中心共同开发了以焦炭为原料，
CO2和O2为气化剂，常压固定床连续气化制备高纯度CO气的成套工业化新技术并实现产业化。以CO2 作为气化
剂不仅可以减少CO2 排放量，还可以使炭资源得以充分利用，具有很好的发展前景。
　　除了上述相对成熟的CO2 在化工方面的利用之外，许多国家都在开发新的利用技术。如以CO2 和氢气为原料
生产甲醇，日本三井公司2009年已在大阪投产了一套100t/a中试装置，下一步还准备建设60万t/a的工业化装
置。此外还有CO2 光催化制甲醇、加氢合成二甲醚、加氢制甲烷、CO2和甲醇直接合成DMC、CO2与CH4重整反应
生成合成气等技术。虽然这些技术要达到工业化阶段尚有大量工作要做，但也可视为化学工业的潜在商机。
　　三、结语
　　化学工业虽然不是温室气体排放的首恶，但毕竟是高耗能行业之一，在温室气体减排活动中面临着较大的压
力。如何面对这种压力，积极参与到发展低碳经济过程之中，是每个化工从业者必须要认真思考的问题。笔者认
为化工行业首先要转变观念，不要只看到威胁，更要看到发展低碳经济带来的机遇。其次，要通过调整产品结构
和节能降耗，加强行业的自身减排。最后要积极开发同温室气体减排相关的技术和生产有助于其他行业温室气体
减排的产品，抓住低碳经济带来的巨大商机，使企业得到进一步发展。
　　
链接：各国的低碳行动
    到目前为止，世界温室气体减排活动的发展经历了四个阶段，联合国气候变化框架公约、京都议定书、巴厘
岛路线图及哥本哈根协议的签署为这四个阶段的重要里程碑。
    当今发展低碳经济已成为世界各国的共识。尽管发达国家和发展中国家对其内涵的侧重有着不同的理解，但
多数国家在四个里程碑文件的指导下都开展了不同内容的行动。
　　●欧盟
    客观地讲，欧盟一直是低碳经济的积极倡导者，在付诸实施方面也走在世界的前面。2008年欧盟委员会提出
了《气候变化与可再生能源一揽子计划》(The Climate Action and Renewable Energy Package)。在该计划中，
欧盟承诺通过大力发展太阳能和生物燃料到2020年将可再生能源占能源消耗总量的比例提高到20%，同时将化石
能源的消耗量减少20%，将生物燃料在交通燃料中的比例提高到10%。在温室气体减排方面，欧盟单方面承诺，到
2020年将温室气体排放量在1990年基础上减少20%，如果其他国家采取相似行动，目标则提高到30%。到2050年，
减排目标为60%～80%。
　　●美国
    在2006年公布的气候变化技术计划中，美国政府鼓励新一代清洁能源技术方面的研发与创新，提供资金支持
煤电的CCS、可再生能源及先进的燃料电池等技术的开发和应用。2009年6月，美国众议院通过了《美国清洁能
源法案》。该法案规定减排目标为：到2020年，二氧化碳排放量比2005年减少17%，2050年减少83%。
　　●日本
    在2008年提出的“福田蓝图”中，日本计划到2050年温室气体排放量比2008年减少60%～80%。近年来日本
不断加大新能源方面研发的投入，2009年日本首次将发展太阳能正式列入经济刺激计划，使其成为日本经济转型
的核心战略之一。
　　●巴西
    作为发展中大国之一的巴西则是充分利用自己的资源禀赋优势，大力发展生物燃料，在发展低碳经济和温室
气体减排方面也走在世界前列。通过种植甘蔗发展燃料乙醇，巴西已使本国40%的汽车燃料采用可再生的生物乙醇。
巴西还颁布使用生物柴油的法令，规定2008年起，国内销售的柴油必须添加2%的生物柴油，到2013年添加比例
提高到5%。