全球气候危机已经显现，高温频发、暴雨增多等均与全球气候变暖及二氧化碳排放有关，急需改变现有工业排放二氧化碳的生产方式。
工业革命以来，将地层中的化石能源（煤、石油及天然气等)开采出来，燃烧利用生成了大量二氧化碳排放到了大气层中，对地球环境产生了重大影响。
化石能源不仅是一类能源，而且还是一类以碳氢化合物为主的物质，具有能源和物质两类属性。因此，我们提出了在一套工业装置中将化石能源的能量和碳元素同时高效利用（EMSU）而不排放CO2的科技工业路线，简称“用碳不排碳”，提高了化石能源总的利用效率，综合经济效益更好。EMSU与绿色能源耦合发展，可以形成化石能源固碳利用的能源工业路线及材料工业路线，这是实现碳中和目标经济可行的根本途径。
背景
目前全球利用化石能源向大气中排放CO2 已达到378亿吨/年，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430×10-6，显然，CO2排放量已经远远超过了大自然自身平衡的能力，降低化石燃料利用过程中的CO2排放，进而降低大气中的CO2浓度已成为全球面临的重大挑战。
工业革命以来，化石能源广泛应用排放了大量CO2，包括火电、内燃动力、钢铁等工业过程。其化学反应式表示如下：
CHn+O2+N2→CO2+H2O+N2
CHn代表煤、石油及天然气，n=0.8~4。
传统能源利用如燃煤发电方式具有下述缺点：
（1）发电效率低：化石燃料中的化学能需先转变成热能再转变成机械能或电能，受卡诺循环及材料的限制，在机端所获得的发电效率只有40%左右；
（2）三废排放高：传统能源利用方式给人类生活环境造成了巨量的废水、废气、废渣、废热和噪声的污染，而且60%~70%的能量以水蒸气排放的方式损失掉；
（3）碳资源浪费严重：化石能源中的碳元素绝大部分以CO2形式排放，未能转化为高附加值的碳基产品。
传统材料工业如电解铝、钢铁、水泥、平板玻璃等也是高能耗、高排放过程，对于资源消耗、大气质量及水体污染等也造成了巨大的压力。
我国提出了2060年实现碳中和的目标，但目前三类碳中和技术路线均存在一些缺点：
①绿色能源快速发展受限，由于缺乏经济可行的储能方式，具有间歇性、波动性及随机性等特性的风光电等绿色能源能否及怎样在2050年左右发展成为主体能源（80%）还需要详细的战略工程可行性研究；
②传统工业由于工艺过程锁定，节能减排不能不排，减排潜力有限；
③现有工业过程排放的CO2难于全流程、全因素、全生命周期捕集封存利用。
目前我国化石能源在国民经济中的占比达83%以上，因此，急需开发新的经济有效的碳中和科技工业路线，进行传统工业过程工艺再造。
“用碳不排碳”碳中和科技工业路线设计
化石能源（煤、石油及天然气，CHn=0.8-4）不仅是一类能源，而且还是一类主要为碳氢化合物的物质，具有能量和物质两种属性。工业革命以来，主要利用了化石能源的能量属性，而没利用其物质属性，造成大量CO2气体排放。因此，我们提出了在一套工业装置中，将化石能源的能量和碳元素同时高效利用（EMSU）的科技工业路线，也就是将现有工业排放CO2过程改变为固碳产物三嗪醇（C3H3N3O3）生产过程，同时将过程中释放的能量作为清洁能源利用，这样，同时提高了化石能源的能源利用效率和碳元素利用效率。“用碳不排碳”碳中和科技工业路线其总的化学反应方式如下：
CHn+O2+N2+H2O→C3H3N3O3+发电（热量）
从热力学上来看，EMSU路线释放大量能量，可以满足当前工业过程一些能源需求：
从动力学上来看，该路线已有明确的反应原理和步骤过程，只需要利用创新的工艺技术进行集成和过程优化：如高压气化、中温净化、联合发电、固碳过程等：
从物质流过程来看，参与反应的4种元素C、H、N、O全部利用，物质元素利用效率最高；
从能量流过程来看，过程中释放的大量能量，过程装置集成更容易进行能量的梯级利用和工艺优化。
总之，这是将化石能源的能量和碳元素同时高效利用的一条最佳技术路线。
该路线从理论上改变了工业革命以来利用化石能源排放CO2的方式，是化石能源利用方式的革命。
该技术路线可在现有各种化石能源利用工业基础上进行改造、革新、集成、优化，投资相对较小，经济上完全可行，属于“存量改造”。
化石能源固碳利用EMSU可以保持全球能源供需平衡，减轻绿色能源的发展压力。
固碳产物三嗪醇通过创新工艺可以合成三嗪类高分子材料，它具有低成本、低内能、高固碳等的特点，是一条绿色发展的材料工业路线，替代一部分高能耗高排放的工业材料，这是实现碳中和的材料工业路线。
三嗪类高分子材料具有无毒无味，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、机电设备、工业吸音保温等领域中获得广泛使用。
总之，EMSU创新路线从能源工业和材料工业对传统工业工艺再造，这是应对全球气候危机及实现生态文明等经济可行的一条科学技术途径。
部分应用场景简介
（1）固碳产品三嗪醇生产工艺开发
暂不考虑能量利用过程，在现有煤（天然气）化工装置基础上，开发固碳产品三嗪醇的低成本创新工艺技术。三嗪醇固碳产品具有反应生成热大、固碳量高、产品稳定等属性，是一种很好的CO2衍生物目标产品。
（2）燃煤烟气污染物干式高效脱除技术
这也是我国目前急需开发的一项技术。国际上广泛采用的烟气湿法处理技术应该是雾霾发生的一个主要原因。虽然国内近期开发了多种干法处理技术，但由于各种条件限制，还没有广泛应用。
三嗪醇用于燃煤烟气污染物干式高效脱除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（可在现有排放量的1/400以下）、运行安全性高等许多优点。
（3）零碳排放的化石能源供热示范工程
供热、供汽装置，特别是燃气供热供汽，可以利用EMSU原理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类似应用场景。
（4）“钢化联产”零碳排放科技工业路线设计开发
钢铁工业早已提出了“钢化联产”的减排理念，但还没确定“化”的目标产物。我们提出 “化”的优选产品就是“三嗪醇”。将炼钢过程中的焦炉气、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路线，比氢能炼钢更易实施。可以从高炉煤气发电及三嗪醇生产两方面组织开发。
（5）三嗪类高分子材料创新工艺开发
CO2基高固碳三嗪类高分子材料是一类具有低成本、高固碳、低内能的高分子材料，可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。
（6）化石能源固碳利用的能源路线设计
燃煤发电：
在IGCC和固碳产物三嗪醇组合创新工艺基础上，将来设计开发的燃煤发电固碳新工艺，可以实现煤炭能量和碳元素物质的高效利用而不排放CO2。新的燃煤电厂具有无废气排放（无烟囱）、水汽消耗降低2/3以上。
石油炼化：
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。
结论
（1）世界绿色能源快速发展受限，现有工业过程节能减排有限，现有工业过程排放的大量CO2难于捕集封存利用，急需开发新的碳中和工业路线。
（2）实现碳中和目标的两类科技工业路线，一是不用化石能源碳氢化合物，开发风光电等绿色能源；二是“用碳不排碳”，开发化石能源固碳利用新途径，将化石能源的能量和碳元素同时高效利用而不排放CO2。
（3）实现碳中和不仅是一类概念、理念，而且是一类过程、工程；应该全流程、全因素、全生命周期地分析考察化石能源及绿色能源的利用过程。通过能量流、物质流等理论及工程数据分析，应用多种高新工艺技术，可以“用碳不排碳”、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。
（4）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。
（5）可以从全球环境生态、人类命运共同体、国际政治博弈、经济发展、科技创新等多领域对EMSU创新路线进行论述。