“雙碳”愿景下《綠色化學(xué)》課程思政教學(xué)改革初探*

蔣葉濤，王曉宇，吳 真，胡 磊，周守勇

(淮陰師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，江蘇 淮安 223300)

綠色化學(xué)作為化學(xué)分支課程，興起于20世紀(jì)90年代，該課程主要通過化學(xué)的新工藝及新方法，減少甚至是消除使用有害物質(zhì)，進(jìn)而避免產(chǎn)生有害產(chǎn)物及其副產(chǎn)物。它以“原子經(jīng)濟(jì)性”為原則，從物質(zhì)產(chǎn)生的源頭來控制廢物的產(chǎn)生從俄日減少對環(huán)境的污染，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)社會循環(huán)經(jīng)濟(jì)以及可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。綠色化學(xué)作為一門具有明確社會需求和科學(xué)目標(biāo)的新興交叉學(xué)科[1]，它從當(dāng)代包括化學(xué)、生物、材料、物理、信息等多門學(xué)科中吸收了其最新理論及技術(shù)。它的主要課程任務(wù)是讓學(xué)生能夠了解或者掌握綠色化學(xué)中的基本概念、原理、方法、現(xiàn)狀和研究前景，使學(xué)生具備運(yùn)用綠色化學(xué)的知識來解決環(huán)境污染問題的基礎(chǔ)能力，幫助學(xué)生建立全新的環(huán)保理念，樹立其科學(xué)發(fā)展觀，提高其綜合素養(yǎng)，并增強(qiáng)其社會責(zé)任感。

過量溫室氣體的排放加劇了溫室效應(yīng)，這對全球的氣候產(chǎn)生了不良的影響，CO2作為溫室氣體的主要成員，減少它的排放被視為解決全球氣候問題最主要的解決途徑，而如何有效地減少碳排放也成為了全球性的議題。為了承擔(dān)起解決氣候變化問題中的大國責(zé)任、推動我國的生態(tài)文明建設(shè)以及高質(zhì)量發(fā)展，習(xí)總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上提出“力爭于2030年前CO2排放達(dá)到峰值，在2060年前爭取實(shí)現(xiàn)碳中和”，明確指出我國在面對氣候變化問題時(shí)要實(shí)現(xiàn)的“雙碳”目標(biāo)。雙碳的目標(biāo)內(nèi)涵與綠色化學(xué)的概念高度一致，一方面，“雙碳”目標(biāo)是加快綠色化學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要抓手；另一方面，綠色化學(xué)學(xué)科為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供了有力理論支撐和智力支持。從源頭控制減少廢物產(chǎn)生的清潔生產(chǎn)以及綠色化學(xué)，在化學(xué)工業(yè)化生產(chǎn)的每一個(gè)階段都能夠嚴(yán)格地遵循以環(huán)境保護(hù)為首的根本原則，是在新文明觀引領(lǐng)下的經(jīng)濟(jì)方式與科技范式應(yīng)該打開的方式，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供了強(qiáng)有力的理論支撐以及智力支持。

1 綠色化學(xué)思政元素

習(xí)近平總書記曾分別在全國高校思想政治工作會議(2016年)和中國共產(chǎn)黨第十九次全國代表大會上對高等院校的思政教育做出重要指示。作為高校教師，應(yīng)將思想政治教育和正確的價(jià)值觀自然的浸潤到每一門及每一堂課中，不斷提升思想政治教育的親和力以及針對性，培養(yǎng)新時(shí)代“有理想、有本領(lǐng)、有擔(dān)當(dāng)”的社會主義人才。其實(shí)，有很多的課程思政元素都可以通過巧妙的方法自然的融入到綠色化學(xué)課程的教學(xué)當(dāng)中，舉例：(1)增強(qiáng)社會責(zé)任感和使命感：中華民族的永續(xù)發(fā)展是中華民族復(fù)興大業(yè)的內(nèi)在要求，而構(gòu)建人類命運(yùn)共同體以及人與自然生命共同體則是人類可持續(xù)發(fā)展的客觀需要；(2)新型生態(tài)文明觀：建立學(xué)生對生態(tài)環(huán)境保護(hù)的責(zé)任意識，樹立“綠水青山就是金山銀山”的可持續(xù)發(fā)展理念；(3)堅(jiān)定文化自信：將“生命共同體”的思想以及中國傳統(tǒng)文化中“天人合一”的思想有效融入，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生將天地宇宙和人與自然看作是一個(gè)有機(jī)整體；(4)培養(yǎng)創(chuàng)新精神：綠色化學(xué)作為一門兼具明確社會需求以及科學(xué)目標(biāo)的新交叉學(xué)科，符合當(dāng)今國際化學(xué)研究的前沿要求，可以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的創(chuàng)新精神等。

目前，各類開設(shè)的綠色化學(xué)課程主要以綠色技術(shù)與方法為主要內(nèi)容，學(xué)生缺乏對該課程學(xué)習(xí)的動力和激情，大部分學(xué)生都只注重于對該課程理論知識的學(xué)習(xí)，并不能夠?qū)F(xiàn)有的綠色化學(xué)知識與當(dāng)前的國家建設(shè)以及戰(zhàn)略政策聯(lián)系起來，雖然部分高校教師已經(jīng)有意識地將思政元素融入到綠色化學(xué)課程的教學(xué)過程中，總的來說現(xiàn)階段建設(shè)綠色化學(xué)課程思政尚處于發(fā)展階段，因注重學(xué)生學(xué)習(xí)效果的反饋并吸取同行的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)在工作中進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和思政教學(xué)方案的完善[2-3]。 “雙碳”目標(biāo)的內(nèi)涵與綠色化學(xué)理念完美契合，在教學(xué)過程中借由綠色化學(xué)基本原則來闡明“雙碳”目標(biāo)的內(nèi)涵，有效激發(fā)學(xué)生們對該門課程的學(xué)習(xí)熱情，進(jìn)一步肩負(fù)起時(shí)代賦予他們的社會使命和責(zé)任，這一點(diǎn)極為契合當(dāng)代時(shí)代主題的思政元素融合設(shè)計(jì)。如圖1所示，下面將以碳達(dá)峰與原子經(jīng)濟(jì)性以及“5R”原則、碳中和與生物質(zhì)以及CO2利用為例，具體闡述“雙碳”目標(biāo)與綠色化學(xué)原則教學(xué)過程中的有機(jī)結(jié)合點(diǎn)。

圖1 “雙碳”目標(biāo)與綠色化學(xué)原則有機(jī)結(jié)合示意圖Fig.1 Interaction diagram of “carbon peaking and carbon neutrality” targets and green chemistry principles

1.1 碳達(dá)峰與原子經(jīng)濟(jì)性

所謂“碳達(dá)峰”，指某地區(qū)或行業(yè)年度的CO2排放量到達(dá)歷史的最高值，處于CO2排放量由增轉(zhuǎn)降的歷史拐點(diǎn)。截至2020年，全球現(xiàn)有五十四個(gè)國家的碳排放實(shí)現(xiàn)了達(dá)峰，共占據(jù)全球碳排放總量的40%，其中很多發(fā)達(dá)國家其實(shí)已經(jīng)早早的實(shí)現(xiàn)了碳達(dá)峰，這為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)留下了相對比較充裕的時(shí)間。相比較于美歐國家，我國目前正處于經(jīng)濟(jì)上升期，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰以及碳中和目標(biāo)的的年限相隔較短，因此對于我國來說欲實(shí)現(xiàn)“碳中和”的愿景可謂是“時(shí)間緊、難度大”。數(shù)據(jù)顯示，自2011年以后，我國每年的CO2排放量在90億噸以上，2019年達(dá)到了100億噸，這占全球CO2總排放量的27.9%，排名全球第一，是美國的2倍、歐盟28國的3倍[4]。

面對復(fù)雜局面和重大挑戰(zhàn)，在革命時(shí)期中國共產(chǎn)黨總結(jié)了“三大法寶”，主要是指黨的建設(shè)、武裝斗爭和統(tǒng)一戰(zhàn)線；在建設(shè)時(shí)期又發(fā)展了“新三大法寶”，分別為加強(qiáng)黨的執(zhí)政能力建設(shè)、始終保持黨的先進(jìn)性以及不斷開創(chuàng)中國特色社會主義事業(yè)新局面。同樣地，傳統(tǒng)化學(xué)有“三大法寶”：轉(zhuǎn)化率、選擇性和收率；綠色化學(xué)也發(fā)展了“新三大法寶”：原子經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境因子和環(huán)境熵。其中，原子經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是綠色化學(xué)區(qū)別于傳統(tǒng)化學(xué)的重要特征，對于含碳的反應(yīng)，能做到原子經(jīng)濟(jì)，則能從源頭上有效避免含碳廢棄物的產(chǎn)生，進(jìn)而達(dá)到減碳目標(biāo)，助力碳達(dá)峰。隨著不斷加快工業(yè)化的進(jìn)程，全球性環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)將顯著緩解當(dāng)前的資源環(huán)境壓力，有力促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。將綠色化學(xué)與“雙碳”目標(biāo)的關(guān)系融入綠色化學(xué)基本原則教學(xué)過程，讓學(xué)生明白，保護(hù)環(huán)境不僅要對污染進(jìn)行治理，更要基于“原子經(jīng)濟(jì)性”原則，從源頭上控制并消除污染，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)，主要表現(xiàn)為低能耗、低污染和低排放，培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建人類命運(yùn)共同體以及保護(hù)生態(tài)環(huán)境的責(zé)任意識，樹立“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念，最后在發(fā)展中兼顧防治并全面落實(shí)“雙碳”目標(biāo)，推動可持續(xù)發(fā)展的綠色進(jìn)程。

1.2 碳達(dá)峰與“5R”原則

低碳技術(shù)是可以有效降低碳能源的消耗、減少溫室氣體的排放和防止氣候變暖所采取的技術(shù)手段。依照減排機(jī)理，低碳技術(shù)主要包括零碳技術(shù)、減碳技術(shù)以及負(fù)碳技術(shù)。由于我國碳排放仍未達(dá)峰，減碳技術(shù)現(xiàn)階段將發(fā)揮重要作用，以期消減峰值，降低碳中和壓力。碳減排技術(shù)重要應(yīng)用于高排放領(lǐng)域，而綠色化學(xué)的“5R”原則就成了重要抓手。所謂“5R”原則即：Reduction(減量)、Recycling(回收)、Reuse(重復(fù)使用)、Rejection(拒用)、Regeneration(再生)?！?R”原則的貫徹將有力促進(jìn)化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中關(guān)鍵工藝流程的低碳化改造，碳達(dá)峰目標(biāo)的確立也將有力驅(qū)動“5R”原則的貫徹實(shí)施，二者相輔相成，相互促進(jìn)。

比如煤炭是我國能源消費(fèi)的主要需求，先進(jìn)煤氣化技術(shù)作為可大幅提升合成氨等傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)業(yè)水平的基礎(chǔ)技術(shù)之一，它在節(jié)能環(huán)保以及煤種適應(yīng)性等方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢[5]。其一，可通過加強(qiáng)高溫余熱的回收利用來實(shí)現(xiàn)節(jié)能的有效降耗；其其二，可通過提高輸送密度，利用CO2來輸送煤氣，省去煤氣的干燥環(huán)節(jié)；其三，采用液態(tài)方式對碎煤渣進(jìn)行排放，可實(shí)現(xiàn)廢水中有機(jī)成分的回收。目前，以晉華爐作為代表的水煤漿水冷壁廢鍋氣化爐，實(shí)現(xiàn)了裝備制造以及智能控制技術(shù)和煤化工技術(shù)、熱能技術(shù)的跨學(xué)科結(jié)合，可提高煤炭原料的利用效率，其減碳效果顯著。對于石化企業(yè)，一是通過“減量”減少二氧化碳排放，譬如大量配置電作為一次能源，減少其他能源消耗；二是通過“回收”實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程降碳，譬如通過推廣高效換熱和低溫余熱利用等新技術(shù)，提高石化企業(yè)的用能效率；三是通過“拒用”減少二氧化碳排放，譬如首先停運(yùn)規(guī)模小、能耗高、排放量大的裝置，逐步淘汰工藝落后、能效低、排放高、效益差的產(chǎn)能，向新材料、新能源、新業(yè)務(wù)等綠色低碳轉(zhuǎn)型[6]。

1.3 碳中和與生物質(zhì)

“碳中和”又被稱為“二氧化碳凈零排放”，主要是指在特定時(shí)期內(nèi)人為CO2移除在全球范圍內(nèi)抵消人為CO2排放。無論是綠色化學(xué)基本原則中的原子經(jīng)濟(jì)性，還是“5R”原則，其技術(shù)特征都是減碳的，其目的是節(jié)能減排，降低碳達(dá)峰時(shí)的峰值。欲實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)，仍需要進(jìn)一步發(fā)展零碳技術(shù)和負(fù)碳技術(shù)。對于化石基能源利用過程是增碳的，同學(xué)們比較好理解，但說到生物質(zhì)能源是零碳的，部分同學(xué)則會感到困惑，直覺上，生物質(zhì)燃料包括生物乙醇或者生物柴油等利用過程，也是排放二氧化碳的，這是因?yàn)闆]有從全生命周期的角度評價(jià)，生物質(zhì)在生長過程中會重新吸收二氧化碳。

因此，生物質(zhì)能在國際上是公認(rèn)的零碳可再生能源，可以通過發(fā)電、供熱、供氣等方式，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通和生活的多個(gè)領(lǐng)域，是其他可再生能源無法替代的[7]。歷史上經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源利用、溫室氣體排放的增加密切相關(guān)?？稍偕茉从兄跀[脫這種相關(guān)性，從而為可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。如果資源得到可持續(xù)開發(fā)，并采用高效率的技術(shù)，那么生物能源具有減少溫室氣體排放的顯著潛力?，F(xiàn)有的某些系統(tǒng)和未來的重要選擇，包括多年生的農(nóng)作物、林產(chǎn)品、生物質(zhì)殘余物以及一些先進(jìn)的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，能夠顯著的發(fā)揮其對溫室氣體的減排作用，相比較于化石能源基準(zhǔn)值，可減少80%～90%的排放。假如與 BECCS(生物能源與碳捕獲和儲存)技術(shù)相結(jié)合，生物質(zhì)能甚至可以創(chuàng)造負(fù)碳排放。生物質(zhì)能對我國各個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)2030年的碳達(dá)峰和2060年的碳中和具有十分重要的減排貢獻(xiàn)。

1.4 碳中和與CO2利用

“碳中和”的目標(biāo)主要是指一邊降低CO2排放，一邊促進(jìn)CO2吸收，用吸收量抵消排放量，而不單純是禁止CO2的排放。開發(fā)成本低和效率高的CO2捕集、濃縮和運(yùn)輸技術(shù)，可靠的封存技術(shù)，以及有商業(yè)價(jià)值的下游利用技術(shù)(CCUS)，既能實(shí)現(xiàn)碳減排，又能獲得能源和化學(xué)品，一舉多得。在諸多解決方案中，將含量豐富、無毒且廉價(jià)的CO2作為C1源轉(zhuǎn)化為高附加值的精細(xì)化學(xué)品，使其變廢為寶，是其中最有效的策略之一[8]。

譬如，合成氣(H2/CO)作為主要的的化工原料，具有“合成工業(yè)的基石”的美譽(yù)。它主要是通過重整甲烷水蒸氣的方法來制備，而甲烷二氧化碳重整技術(shù)可以同時(shí)對兩種溫室氣體(CH4、CO2)產(chǎn)生消耗，獲得合成工業(yè)前驅(qū)物——合成氣，兼具環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)效益。而轉(zhuǎn)化成合成氣后將會有無限可能，如合成甲醇、丁醇、丁醛、甲酸、草酸、二甲醚、乙二醇等各類烴醇醚類高附加值化工產(chǎn)品，可以通過費(fèi)托合成制得發(fā)動機(jī)燃料。除此之外，甲醇還可以通過加氫制得甲酸、甲醇，通過與環(huán)氧丙烷合成環(huán)狀碳酸酯、與鄰二醇合成碳酸丙烯酯制得系列精細(xì)化學(xué)品，通過與環(huán)氧化物共聚合成聚碳酸酯材料，通過礦化反應(yīng)得到穩(wěn)定的固態(tài)碳酸鹽礦化等。

2 “雙碳”和“綠色化學(xué)”的教學(xué)融合

在教學(xué)中還需要提醒同學(xué)們，目前我國仍然是世界上最大的發(fā)展中國家，還沒有完成工業(yè)化的進(jìn)程，要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和，需要克服一系列的困難。實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和的關(guān)鍵是協(xié)同發(fā)展與開發(fā)綠色化學(xué)技術(shù)和清潔能源，改變傳統(tǒng)以煤炭為主的高碳能源結(jié)構(gòu)及電力結(jié)構(gòu)，向低碳能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。這需要政府、企業(yè)和全社會的共同努力，無論是對實(shí)體經(jīng)濟(jì)還是與其緊密相關(guān)的金融體系，“雙碳”目標(biāo)不僅僅是指綠色低碳，更是對社會經(jīng)濟(jì)增長方式的徹底改變。作為化學(xué)化工專業(yè)學(xué)生要秉持綠色工程理念，夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)知識，為我國雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)貢獻(xiàn)青春與智慧。

“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，解決的關(guān)鍵問題是不斷擴(kuò)充的人才需求數(shù)量和不斷提高的人才需求質(zhì)量，培養(yǎng)綠色化學(xué)類人才，可有效促進(jìn)化學(xué)化工的綠色發(fā)展，進(jìn)而對推動并實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)起到極大的作用。而對綠色化學(xué)人才的培養(yǎng)不僅是培養(yǎng)他們擁有扎實(shí)的專業(yè)知識和實(shí)踐能力，更要幫助他們樹立深刻并正確的的生態(tài)文明觀和價(jià)值觀，以實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和子孫后代的福祉作為自身的責(zé)任，爭取成為一名“有理想、有本領(lǐng)、有擔(dān)當(dāng)”的綠色化學(xué)人才。

3 結(jié) 語

本文以綠色化學(xué)基本原則為例，聚焦“3060碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)內(nèi)涵，深挖碳達(dá)峰與原子經(jīng)濟(jì)性、碳達(dá)峰與“5R”原則、碳中和與生物質(zhì)、碳中和與CO2利用等相關(guān)思政元素，闡明綠色化學(xué)基本原理與“雙碳”目標(biāo)辯證關(guān)系。根據(jù)學(xué)生的需求與傾向，找到課程思政的切入點(diǎn)，圍繞責(zé)任感與使命感、新型生態(tài)文明觀、堅(jiān)定文化自信、培養(yǎng)創(chuàng)新精神等重點(diǎn)，從可持續(xù)發(fā)展角度出發(fā)，在課程標(biāo)準(zhǔn)、課程內(nèi)容、教學(xué)評價(jià)等每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)有機(jī)融入思想價(jià)值引領(lǐng)，重視課程目標(biāo)和專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。緊繞綠色化學(xué)課程對教學(xué)目標(biāo)和畢業(yè)目標(biāo)的要求進(jìn)行討論，以價(jià)值引領(lǐng)為中心原則，將知識傳授以及能力提升為目的，具有針對性地修訂和完善教學(xué)大綱，進(jìn)一步明確專業(yè)課課程思政培養(yǎng)的目標(biāo)，使專業(yè)課的教學(xué)能夠與思政教育起到相互促進(jìn)、共同提高的協(xié)同作用。