執(zhí)著于碳領(lǐng)域 應用于產(chǎn)業(yè)化記大連理工大學高級工程師、博士陳紹云

◎ 文/周海淑 曹 莉

當前，中國工業(yè)領(lǐng)域已從高速發(fā)展模式轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展模式，綠色化、低碳化成為工業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的“主旋律”。中國作為全球最大發(fā)展中國家和人口最多的國家，能源消費總量逐年上升，成為了碳排放的最主要來源?！?020 年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》數(shù)據(jù)顯示，2020 年全國能源消費總量達到49.8 億噸標準煤，同比增長2.2%。同時，中國是全球制造業(yè)第一大國，隨著制造強國戰(zhàn)略的深入實施，中國制造業(yè)規(guī)模持續(xù)快速增長，成為了碳排放的另一個重要來源。中國工業(yè)化發(fā)展亟需向低碳轉(zhuǎn)型，這既是我國高質(zhì)量發(fā)展的需要，也是應對全球氣候變化所展現(xiàn)的大國擔當，對中國經(jīng)濟社會現(xiàn)代化體系建設(shè)具有重要意義。

2020 年12 月16 日至18 日，中央經(jīng)濟工作會議在北京舉行。會議確定了明年要抓好的八項重點任務，其中包括做好碳達峰、碳中和工作。會議再次明確，要加快調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)，推動煤炭消費盡早達峰，大力發(fā)展新能源，加快建設(shè)全國用能權(quán)、碳排放權(quán)交易市場，完善能源消費雙控制度，讓我國二氧化碳排放力爭2030 年前達到峰值，力爭2060 年前實現(xiàn)碳中和。2021 年3 月的全國兩會上，李克強總理在政府工作報告中進一步強調(diào)：扎實做好碳達峰、碳中和各項工作，制定2030 年前碳排放達峰行動方案，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)，推動煤炭清潔高效利用,大力發(fā)展新能源，加快建設(shè)全國用能權(quán)、碳排放權(quán)交易市場,完善能源消費雙控制度，實施金融支持綠色低碳發(fā)展專項政策,設(shè)立碳減排支持工具。

對于多年從事碳產(chǎn)業(yè)化研究的陳紹云來說，這是令人振奮的消息。想到自己在碳領(lǐng)域的長期研究，解決企業(yè)難題的往事時，對自己的選擇與堅持感到欣慰。身為大連理工大學高級工程師、博士，遼寧省低碳資源高值化利用重點實驗室副主任，全國工業(yè)催化聯(lián)盟青年工作委員會委員，陳紹云主要研究領(lǐng)域涉及二氧化碳資源化利用、吸附劑研發(fā)與工業(yè)化、同步脫硫脫硝技術(shù)、碳捕集提純與運輸?shù)?，尤其擅長碳捕集、提純、綜合利用以及運輸安全等相關(guān)科研與工程項目的研究，并取得了累累碩果。

結(jié)緣二氧化碳學科

作為優(yōu)秀的青年教育工作者，他選擇二氧化碳學科，曾有一段“結(jié)緣”佳話。

剛考上大連理工大學研究生要選導師時，本想選擇催化專業(yè)老師的，誰知，這個專業(yè)的老師已招滿了學生，聽到自己首選催化導師說“滿了”時，他當時有種被拋棄的感覺。當他問第二位做二氧化碳的老師能不能做他的導師時，老師直截了當?shù)卣f：“一點問題也沒有?！?/p>

對于學科老師的爽快回應，陳紹云心里暖暖的。導師叫張永春，是以堅持做產(chǎn)學研工作為主的導師。他一直堅持以市場為導向，圍繞氣體行業(yè)搞研究，給企業(yè)解難題。他把學生當舵手，交給他們難題，給予資金支持，讓他們自己開動腦筋，破解研究中的難點問題。

陳紹云很快適應這種管理模式，他肯吃苦，做事認真。導師讓做啥就做啥，一有什么事不會就學，經(jīng)常向師兄師姐請教。導師提供的各種支持，令他感到不讀博士就對不起導師，會遺憾終身。當然，讀博士也不是輕而易舉的事。每當他快要放棄時，看到導師的堅持不懈，讓他感到自己也需要堅持才行。導師在他內(nèi)心建立了一個榜樣，使他無論遇到什么困難都要想辦法解決，而不是放棄，或繞道走。

讀博期間，他沒有放棄任何學習、合作和交流的機會。當時，英國有一個大學的頂尖教授來學校演講，外國教授講到二氧化碳時，陳紹云勇敢地提出幾個探討性問題，引起了外國教授的注意，并想和他多交流交流。當他知道外國教授正在尋求合作時，及時把這個情況告訴了導師，導師很支持，他立即帶著導師到外國教授住的賓館里面談。外國教授見到陳紹云很驚訝：“我準備給你發(fā)郵件，沒想到你來找我了。”外國教授的合作意向顯而易見。談妥后，陳紹云從外國教授那里爭取到了合作項目，也是大連理工大學第一個國際合作項目，2009年，歐盟給他們總投資56 萬歐元。在讀博期間，因為有這個項目的合作，使他讀博士后也順其自然，最終在國內(nèi)建立了一套最大的超臨界二氧化碳運輸實驗平臺。項目做完后，陳紹云被大連理工大學留了下來。對他來說，自己的成功，離不開學校和導師的培養(yǎng)。最重要的是他自己遇到挫折能夠堅持不放棄，因為，遇到的是好導師和好平臺。這也是緣分所至，使他在碳產(chǎn)業(yè)化研究上將堅持不渝。

碳捕集為企業(yè)增效

在陳紹云的印象中，他取得的“全球水泥行業(yè)首個水泥窯碳捕集純化”研究成果應用于國內(nèi)大企業(yè)的要數(shù)海螺集團了。那是在江蘇鎮(zhèn)江參加節(jié)能會議時，他了解到海螺集團正滿世界考察，尋求合作伙伴，他找準機會與集團有關(guān)負責人進行交流，事情的順利進展出乎他的意料。

江蘇之行結(jié)束后的第二天，海螺集團就讓他們?nèi)タ偛窟M行詳細交流，他們給集團留下了深刻印象。2018 年4 月底，集團領(lǐng)導帶隊到大連理工大學考察后，當即就拍板合作，建設(shè)“全球水泥行業(yè)首個水泥窯碳捕集純化示范項目”。集團僅過了一個星期，就通過招投標確定了與大連理工大學合作的合同。集團“一把手”親自督促這個項目，速度相當快，效率非常高。

水泥窯碳捕集純化技術(shù)復雜，多年來在產(chǎn)學研領(lǐng)域都未能取得實質(zhì)性突破。陳紹云作為技術(shù)骨干，全程參與項目建設(shè)。該示范項目采用當今環(huán)保領(lǐng)域最新技術(shù)，其核心技術(shù)為化學吸收法。通過工藝加工和精餾后，得到純度為99.9%以上的工業(yè)級和純度為99.99%以上的食品級二氧化碳液體。從技術(shù)原理來說，主要分為六大步驟：從水泥窯中采集氣體，氣體進入脫硫水洗塔、吸收塔、解析塔、精硫床，完成去雜質(zhì)、提純等各項工序，最后以液體狀態(tài)存儲于罐內(nèi)。打個比方來說，等于是二氧化碳這個想從水泥窯逃竄出去的“罪犯”，被及時攔截下來，并集中予以“收押”，最后實現(xiàn)“勞動改造”。這個“勞動改造”，就是將該項目生產(chǎn)的二氧化碳產(chǎn)品廣泛應用于焊接、食品保鮮、干冰生產(chǎn)、電子、激光、醫(yī)藥等各個領(lǐng)域。按照目前產(chǎn)能計算，一年將捕集純化5 萬噸二氧化碳，平均每月減少4 千多噸二氧化碳排放。

當時，針對水泥行業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的二氧化碳帶來的環(huán)境問題，為充分履行國有大型企業(yè)的社會責任，由海螺集團投資6000 萬元，在白馬山水泥廠建設(shè)一條示范線。項目于2017 年初開工建設(shè)，經(jīng)過一年多時間的艱苦努力，2018 年10 月31 日，全球水泥行業(yè)首個水泥窯煙氣碳捕集純化示范項目建成投運，首車純度為99.9%的工業(yè)級二氧化碳產(chǎn)品銷售出廠，當日銷量為87.62 噸。年產(chǎn)食品級二氧化碳5 萬噸/年。截至今日，實現(xiàn)直接經(jīng)濟效益2.4 億元，間接經(jīng)濟效益約25 億元。這預示著，海螺集團這一項目填補了世界水泥工業(yè)低碳技術(shù)的一項空白，朝著高效智能、綠色環(huán)保的國際一流企業(yè)又邁出了堅實一步。

陳紹云表示，水泥行業(yè)捕集純化二氧化碳因技術(shù)上的復雜性，國內(nèi)外均無成功應用的先例，國際上目前只處于中試階段。白馬山項目示范線的成功建成，填補了世界水泥工業(yè)低碳技術(shù)空白，標志著中國水泥工業(yè)環(huán)保技術(shù)取得新突破，在全國乃至全球水泥行業(yè)都具有強大的引領(lǐng)和示范作用。

與企業(yè)合作取得創(chuàng)新成果

善于工業(yè)化研究的陳紹云，在業(yè)內(nèi)頗有名氣。國內(nèi)很多針對大量廢氣排放的企業(yè)都會找他咨詢，他根據(jù)企業(yè)的實際情況，給他們提供碳回收利用最優(yōu)的解決方案和有關(guān)建議，提供詳細的設(shè)計和制造方法，得到企業(yè)的信任和歡迎，很多企業(yè)都愿意跟他合作。

2020 年11 月19 日，天氣越來越冷。然而，大連理工大學與安徽海螺集團的合作卻暖流奔涌。海螺集團的黨委委員、總經(jīng)濟師，海螺投資公司黨委書記、總經(jīng)理，海螺新材料公司董事長丁鋒一行四人訪問大連理工大學，雙方在大連理工大學精細化工國家重點實驗室進行了“新材料開發(fā)與工業(yè)化”聯(lián)合研究中心正式簽約儀式。大連理工大學工學院院長彭孝軍院士、科學技術(shù)研究院副院長李偉東副教授、精細化工國家重點實驗室副主任高巖教授、工業(yè)催化系主任陸安慧教授以及首期參加聯(lián)合研究中心課題的相關(guān)教授和研究人員參加了簽約儀式。

該聯(lián)合研發(fā)中心，正是陳紹云根據(jù)學校指示運作而成，并擔任開發(fā)中心執(zhí)行主任。中心的職能主要是以應用基礎(chǔ)研究為基礎(chǔ)，以產(chǎn)品研發(fā)為目標，聚集雙方在技術(shù)、人才、市場等方面的優(yōu)勢，將其建設(shè)成為重要的應用基礎(chǔ)研究基地、人才培養(yǎng)基地和新產(chǎn)品研發(fā)基地。

海螺新材料公司為聯(lián)合研發(fā)中心提供研發(fā)經(jīng)費投入、激勵措施、產(chǎn)業(yè)化保障等資源，聯(lián)合研發(fā)中心與海螺新材料技術(shù)中心、生產(chǎn)基地，共同組成“應用基礎(chǔ)研究-產(chǎn)品研發(fā)-應用技術(shù)研究-中試孵化-產(chǎn)業(yè)化”一條龍科技創(chuàng)新模式。雙方以精細化工重點實驗室為依托，聯(lián)合大連理工大學多學科學者，就新型水泥助磨劑、減水劑、耐高溫材料、燃煤助劑、低溫脫硝劑以及CCUS 技術(shù)等方面進一步深入研究，共同推動全校范圍內(nèi)研究成果在海螺集團內(nèi)和其他行業(yè)不斷轉(zhuǎn)化和應用。

2019 年雙方共同完成的水泥窯煙氣碳捕集純化關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)與工程化應用項目榮獲中國建筑材料聯(lián)合會·中國硅酸鹽學會建筑材料科技進步一等獎。

在當下，市場競爭十分激烈的情況下，陳紹云幾乎不需要跟誰去競爭，或者去搶誰的飯碗，他們做的技術(shù)是最前沿的，因為，他們的碳產(chǎn)業(yè)化研究一直關(guān)聯(lián)著市場和企業(yè)的實際問題，只有貼近市場，從根本上有效解決企業(yè)碳排放導致的環(huán)境污染問題，才能保護好藍天白云，才能為企業(yè)創(chuàng)造新的發(fā)展生機。

把產(chǎn)業(yè)化未來做強做大

科研人的未來是有目標的，陳紹云對碳產(chǎn)業(yè)化的未來很看好。

在導師張永春教授和郭新聞教授，以及合作伙伴喻健良教授支持下，團隊與歐盟的合作比較長久。陳紹云讀博士后期間，就建成了世界首個工業(yè)規(guī)模超臨界二氧化碳運輸實驗平臺，通過這個紐帶，他們與歐盟CCS行業(yè)合作成功，得到國家?guī)装偃f元的資金支持。

據(jù)介紹，第一期項目試驗工作已接近完成。全部工作歷經(jīng)三年的籌建和試驗，最終獲得重大成果：在遼河油田建立了世界上第三條工業(yè)規(guī)模的二氧化碳高壓運輸管道泄漏試驗基地，并進行了四次大規(guī)模液體和超臨界二氧化碳管道模擬噴放試驗，取得了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和試驗經(jīng)驗，定量驗證了二氧化碳管道泄漏時的危險性。實驗工作得到了歐盟各參與國專家們的一致好評。

目前，陳紹云所在的團隊再次獲得歐盟第七框架的持續(xù)資助。二期項目“Techno-economic Assessment of CO2Quality Effect on its Storage and Transport”總經(jīng)費為206.7 萬歐元，其中學校獲得本期歐盟最高資助的科研經(jīng)費為24.9 萬歐元，項目整合了世界各地有關(guān)碳捕集封存(CCS)的工業(yè)規(guī)模試驗平臺，為開發(fā)有效的數(shù)學模型提供必不可少的數(shù)據(jù)支撐，并做出對不同質(zhì)量的二氧化碳在運輸和存儲時的技術(shù)—經(jīng)濟評估。該項目對歐盟全面實施的碳捕集封存計劃具有舉足輕重作用，也將為我國在碳捕集封存方面提供重要的經(jīng)驗和借鑒。

陳紹云在科研中始終堅持學以致用的原則，堅持產(chǎn)學研一體化，努力解決一些關(guān)鍵技術(shù)問題，把更多的理論通過實踐應用煥發(fā)為科技創(chuàng)新的力量。

據(jù)統(tǒng)計，2008-2016 年，他負責申請并完成了歐盟合作項目CO2PipeHaz和CO2QUEST，建立了當時世界最大的工業(yè)規(guī)模超臨界二氧化碳運輸管道安全測試平臺，為工業(yè)界及理論模擬提供了重要的數(shù)據(jù)，是CCS 技術(shù)進步的關(guān)鍵進展；2017 年，他完成恒力石化年產(chǎn)20 萬噸高純二氧化碳生產(chǎn)工藝設(shè)計；2018 年，他設(shè)計了世界首套5 萬噸/年海螺水泥窯煙氣碳捕集提純項目；2019 年，他作為負責人設(shè)計了國內(nèi)首套8 萬噸二氧化碳/年、12000 Nm3N2/h 的電廠碳氮聯(lián)產(chǎn)項目。此外，他還參與設(shè)計了年產(chǎn)量1萬噸-15 萬噸規(guī)模高純液體二氧化碳工業(yè)生產(chǎn)裝置20 多套，參與研發(fā)了多種氣體吸附劑和處理工藝，為二氧化碳工業(yè)生產(chǎn)裝置匹配。

目前已獲得世界首套海螺水泥窯煙氣碳捕集提純項目、世界首套電廠煙氣碳氮聯(lián)產(chǎn)工業(yè)化項目、世界首個工業(yè)規(guī)模超臨界二氧化碳管道實驗平臺、超高純電子級二氧化碳生產(chǎn)工藝、50 多套年產(chǎn)萬/數(shù)十萬噸級工業(yè)化二氧化碳生產(chǎn)項目等數(shù)十個研究成果，獲得省部級科技進步二等獎3 項、遼寧省科技進步一等獎1 項、建筑材料行業(yè)科技進步一等獎1 項。

陳紹云認為，國內(nèi)外影響的形成，在于學校、在于他們攻關(guān)的研究成果。這些年，很多企業(yè)給予他們一些項目開發(fā)費、技術(shù)轉(zhuǎn)讓費，為他們培養(yǎng)學生創(chuàng)造更好的研究平臺。在他看來，成功離不開所有人的努力。他希望團隊緊密合作，相互扶持，相互包容，以解決問題為共同目標，把團隊建強，把產(chǎn)業(yè)化事業(yè)做大，一起攻克國內(nèi)外合作中產(chǎn)業(yè)化研究難題，讓每一個項目的技術(shù)水平都處于國際領(lǐng)先水平。