科技前沿讲座—二氧化碳资源化利用

二氧化碳的资源化利用

摘要：二氧化碳作为化石燃料燃烧的副产物，直接排放会对大气造成污染，形成温室效应。目前，全球回收的二氧化碳约40％用于生产化学品、35％用于油田三次采油、10％用于制冷、5％用于碳酸饮料、10％用于机械保护焊接、金属铸造加工、农业施肥等领域，但全球利用二氧化碳生产化学品总的利用量不到2亿吨。为了解决能源紧张、消除污染，大力开发二氧化碳资源的化学利用，具有重要的现实意义和广阔的应用前景[1]。

前言：胡锦涛同志2009年9月22日在联合国气候变化峰会开幕式上发表讲话，中国争取到2020年单位GDP二氧化碳排放比2005年有显著下降。2007年2月2日，政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布《全球气候变化第四次评估报告》，该报告明确指出：人类活动要为全球暖化现象负90％的责任，全球暖化现象主要归因于人类使用化石燃料，排放了大量的二氧化碳等温室气体，造成了温室效应[2]。近年来，随着工业的快速发展，绿色植被减少，越来越多的化石燃料的燃烧导致大气中二氧化碳含量逐年增加。目前二氧化碳在食品、化学合成、机械、农业、商业、运输、石油开采、国防、消防等众多领域中均有广泛的应用。烟气中二氧化碳的资源化研究正成为当前各国所需要迫切解决的热点问题。

随着人类社会的不断发展，人们对自然资源的依赖程度逐渐增大，其消耗速度也在不断增长。其中，化石能源作为人来赖以生存的最重要的一次能源之一，近年来的全球消耗量正在以惊人的速度增长，从某种意义上可以说，正是化石资源所提供的能量在驱使着人类历史的巨轮缓缓前进。然而，不断增长的能源消费也对环境带来了诸多的负面影响，其中CO2的排放问题越来越受到政府、公众、企业界以及学术界的关注，2009年 12 月 7 日在丹麦首都哥本哈根召开的《联合国气候变化框架公约》第十五次缔约方会议最终在以中美两方为代表的两大阵营的激烈碰撞中草草收场，仅仅形成了一个无实质性无约束力的《哥本哈根协议》。这一结果一方面充分显示了目前减少CO2 排放的重要性和迫切性，同时也反映出了“减排”已不仅仅是一个环境热点，而是已经成为了一个威胁人类生存和发展的，达到国际关系高度的复杂问题。

我国作为发展中国家，并没有强制性的减排指标。然而，如果继续使用现有落后的技术，CO2排放问题势必成为阻碍我国经济可持续发展的主要瓶颈之一，也必将严重影响到我国的国际形象。近年来，我国政府在温室气体减排问题方

面出台了一系列政策、法规，提出了量化的减排指标，加速淘汰落后产品。

正如温家宝总理在哥本哈根气候变化会议领导人会议上的讲话所提到的：“我们的减排目标将作为约束性指标纳入国民经济和社会发展的中长期

规划，保证承诺的执行受到法律和舆论的监督。我们将进一步完善国内统计、监测、考核办法，改进减排信息的披露方式，增加透明度，积极开展国际交流、对话与合作。” [3]由此可见，党中央和国家政府对温室气体减排问题给予了高度的重视，而发展新型高效的减排技术已经成为了当前我国乃至全世界需要迫切解决的科学技术问题之一。

当前，减排的主要路线首先是从源头上减排，即通过调整产业、经济、能源结构，鼓励低排放、低能耗企业的建设，对高能耗的企业实行技术改造；大力发展节能技术，提高能源利用率；寻找新能源；增强公民意识，改变生活方式等：其次，对迫不得已排放的CO2通过回收分离、捕获贮存、资源化利用等技术减少

技术如下：

或消除其排放[4]。其捕获分离C0

2

(1)吸收法

包括物理吸收和化学吸收。物理吸收是指利用那些对CO2具有较大溶解度的有机溶剂做吸收剂，通过对CO2的加压让其溶解到该溶剂内，再通过减压让CO2释放出来，通过这样的交替方式完成CO2的捕获分离。

(2)吸附法[5]

通过吸附剂在一定条件下对CO2进行选择性吸附，再将CO2解析分离的方法。常用的吸附剂有活性炭、沸石、硅胶、分子筛等。按照改变的条件，吸附法又可分为：变电吸附(ESA)、变压吸附(PSA)、变温吸附(TSA)等。其中以变压吸附法发展较为迅速，目前在化肥、化工工业中获得了广泛应用。

(3)富氧燃烧法

该技术是利用空分系统获得富氧甚至纯氧，再与纯的CO2以一定比例混合后送入炉膛与燃料混合燃烧。这样由于除去了氮，就可以在排放气体中产生高浓度的CO2，通过烟气再循环装置去稀释纯氧，重新回注燃烧炉。

(4)膜分离法

又称分子筛法，利用不同的聚合材料对不同的气体具有不同的渗透率，将CO2从锅炉尾部烟气中分离出来的方法。其最大优点在于投资少，结构简单，操作方便[6]。工业上常见的分离CO2的膜有醋酸纤维膜、乙基纤维素膜、聚苯醚等。这些膜对于CO2现出良好的渗透性。随着高分子材料科学的不断发展，膜分离技术将不断完善，成为CO2的捕获分离的又一重要手段。同时我国已经掌握了碳捕集、分离与净化技术，在二氧化碳综合利用领域的技术与世界先进水平相当，这些都为我国实现二氧化碳资源化利用和规模化利用、减少二氧化碳排放提供了有力的技术支撑。

（5）电化学法

熔融碳酸盐电化学分离法需要在氧化条件下从碳酸盐中分离出CO2，因而该法较少应用于从燃料气中直接分离CO2。

除了以上方法，还有冷却氨吸收法、氢氧化物分离法、低温蒸馏法等。在我国，这些技术由于能耗较大、成本很高以及政策不到位等原因，并未在大多数耗能企业如发电厂、水泥厂、钢铁厂等得到广泛应用。

CO2的资源化利用还表现在CO2气体辅助注射成型、用作人造金刚石的原料、用于热泵干燥、干冰冷喷射清洗、制备氨基甲酸酯和表面活性剂、利用二氧化碳合成无机化工产品等[7]。

结束语：过量的 CO2 排放以及相应的气候变化问题已经成为了目前迫切需

要解决的重大国际问题，通过合理的途径实现CO2的资源化利用无疑是解决

这一问题的绝佳途径之一。因此，通过化学、生物等方法将 CO2 转化成为

更具附加值的能源、化工原料和精细化学品就成为了目前科学工作的热点

方向，受到了来自多方面的关注。可以说，开展 CO2 资源化利用的研究既

是机遇，又是挑战。同时CO2气体在化工领域具有广阔的应用前景。当前能

源和基本化工原料紧缺的情况下，应研制更经济高效的催化剂，不断开发新

的合成工艺，尤其是加速以CO2为原料合成各类有机及高分子产品的研究和

开发工作[8]。

参考文献：

[1]沈国良，徐铁军，傅承碧，等．利用二氧化碳制取碳酸酯的研究[C]．第十届中国科协年会：二氧化碳减排和绿色化利用与发展研讨会论文集，郑州，2008年9月：277-281．

[2] 2007-02 联合国IPCC《第四次气候评估报告》：全球变暖，严重警告！2007-02-05

[3] 百度搜索/world/2009-12/18/content_12668033.htm

[4]邝生鲁．构建新型二氧化碳减排技术体系[J]．现代化工，2008，28(2)：3-13．

[5]李天成，冯霞，李鑫刚．二氧化碳处理技术现状及其发展趋势[J]．化学工业与工程 2002，19(2)：191—196．

[6]巢清尘，陈文颖．碳捕获和存储技术综述及对我国的影响[J]．地球科学进晨，2006，21(3)：291-298．

[7]王晓刚，李立清，唐琳，郭三霞，高招，C02资源化利用的现状及前景[J]，2006,26（3）

[8]沈国良，陈远南，虞琦，宋菊玲，二氧化碳减捧控制技术与资源化利用研讨会[J]，2005,30（3）