“有序推進碳達峰碳中和工作。落實碳達峰行動方案。”2022年政府工作報告再次吹響向“雙碳”目標邁進的號角。

這一目標的實現離不開科技支撐。作為國家戰略科技力量，中國科學院近日公布科技支撐“雙碳”戰略行動計劃，眾多關鍵核心技術出現在其中。

作為國家戰略科技力量的主力軍，中科院有哪些現成的“雙碳”技術寶藏可挖呢？兩會期間，《中國科學報》分別連線了中科院位于西北、中部和東部地區研究所的三位院士，了解他們圍繞“碳”字正在開展的工作。

周衛健·研究所坐標西安

固廢“吃干榨凈” 支撐循環經濟

“實現碳達峰碳中和的進程中，發展循環經濟十分重要。其中，固體廢物污染治理是一個重點方向。”兩會期間，全國人大代表、中科院地球環境研究所研究員周衛健院士對《中國科學報》說。

尾礦治理是我國礦山資源開發中一塊“難啃的骨頭”。周衛健介紹，由于我國大多數礦山礦石品位低、組分復雜，加之生產技術落后，開采出的礦石80%以上都變成了尾礦，年均碳排放量14億噸，固體廢物累積堆存量高達200多億噸。同時，尾礦資源綜合回收率只有約30%，綜合利用率不到20%，且空場充填占利用總量的53%，其資源化高附加值利用量微乎其微。

事實上，礦業固廢中氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀等主量元素占比高達90%以上。“解決了主量元素分離提取利用問題，就相當于90%以上的固廢實現了無害化、減量化和資源化。”周衛健說。

基于長期的基礎研究，她和團隊將地球化學和冶金學交叉融合，提出可實現“取沙留金”的新理念并開發出一種催化劑，可分離尾礦的主量元素和微量元素，有助實現礦山固廢的全量資源化。

去年，研究團隊把相關技術帶到企業，用爐渣（水淬渣）進行了一個多月的“拉練”。他們發現，在工業試驗中使用新型催化劑，在僅需250℃（相當于礦石冶煉1/5的溫度）的情況下，就能把固廢全部分離提取為有價值的產品，資源再利用率達到90%以上。這種方式不僅可以把尾礦“吃干榨凈”，還可以覆蓋資源回收轉化成本，每噸凈賺450元。

尾礦所得的主要產品如硅膠、水玻璃、保水劑、凈水劑等，不僅在工業、農業、軍工和日常生活領域應用廣泛，更是能源、煤化工、石油化工、有色冶金等各類工業基地污水治理、凈化的主要原料，也是大范圍實現水土保持、固沙固土和生態恢復治理的有用產品。

下一步，周衛健希望把相關技術應用到陜西白河縣硫鐵礦廢棄礦渣綜合利用中。該礦區屬于歷史遺留廢棄礦山，污染礦區點多面廣，對漢江水源造成污染，引起國家相關部門的重視。

同時，周衛健表示，當前礦山廢棄物全量資源化的治理仍然存在一些難題。由于相關治理技術開發難度大、費用高，前期只有投入沒有產出，導致企業參與的積極性不高，許多關停的礦區更是無力處理固廢尾礦。

對此，她建議，加大政策支持與資金投入力度，促進新技術開發；設立固廢全量資源化技術試點基地，擴大推廣速度；引入社會資本，建立多元化投入渠道；采取“誰投資誰受益”的原則，通過稅收優惠等政策措施，鼓勵民營資本進入相關試點領域。

李燦·研究所坐標大連

開發“液態陽光” 助力能源自立

“液態陽光儲能方法應用起來成本是不是偏高？”

這可能是全國政協委員、中科院大連化學物理研究所研究員李燦院士聽到最多的問題，每一次他都會耐心地解釋。

“現在液態陽光的成本已經處在與其他能源日趨接近的交叉點上了。隨著相關技術的日趨成熟和可再生能源占比的提高，它的價格還會一路往下走，最終一定會贏。”李燦告訴《中國科學報》，液態陽光最大的一個特點就是“道法自然”，不受制于外界資源因素。

他解釋說，液態陽光本質上是用甲醇的形式實現太陽能的儲存、運輸和利用。實現液態陽光分為兩個步驟：由太陽能等清潔能源分解水制作“綠氫”；再由綠氫和二氧化碳反應，生成甲醇或其他燃料和化學品。這一循環在實現減碳的同時，還具有消納剩余新能源的作用。

李燦和團隊發展了高活性的固溶體催化劑，可以高效生成甲醇。目前已在甘肅蘭州建成了全球首套千噸級液態陽光合成的規模化示范工程，正在開展十萬噸級的液態陽光工業化。

在他看來，液態陽光可能孕育了一場重大的能源革命，它能替代化石能源，最大程度減少碳排放，幫助人類實現可持續發展。他給記者算了一筆賬：“一噸甲醇相當于消納6000多度電，一個規模為100萬噸甲醇級別的中型企業就能消納60億度電，儲能潛力巨大。”

同時，與業界看重的氫能相比，液態陽光具有運輸安全、經濟等特點，而且其應用面非常廣，當前發展如火如荼的新能源車就是應用目標之一。“綠色甲醇就像汽油一樣可以用于汽車的內燃機燃燒，但它排放的是水和氫，非常環保。”李燦表示，相關技術已經十分成熟。

在工信部發布的《“十四五”工業綠色發展規劃》中，甲醇汽車已被納入綠色產品，該規劃還提出要促進甲醇汽車等替代燃料汽車推廣。“從戰略資源角度考慮，假如所有的汽油都用甲醇來代替，我國石油進口的問題就能大大減少，國家能源安全就沒有那么大的風險。”李燦說，而如果采用甲醇作為燃料，新能源汽車發展也將無懼鋰資源的制約。

目前工業領域甲醇產能每年約9000萬噸，如果用液態陽光甲醇來代替，就可以減少二氧化碳排放1.2億噸以上。李燦表示，十萬、數十萬噸綠色甲醇制造已經起步。“樂觀預測，2030年其減碳貢獻份額將進一步增大。”他說。

韓布興·研究所坐標北京

廣泛布局多點開花 碳資源華麗變身

二氧化碳、生物質、廢舊塑料轉化、廚余垃圾資源化利用……近些年，相關研究是中科院化學研究所研究員韓布興院士及其團隊的研究重心。

按他的話說，這些方向看似五花八門，但同屬綠色化學范疇，都與一個“碳”字相關。“化學是一門創造物質的科學。這些研究的本質都是如何將含碳物質高效轉化利用的問題。”他對《中國科學報》說。

“無中生有”，將全球主要溫室氣體二氧化碳固定在一種可利用的產品中是當前國際研究熱點。用二氧化碳制備一氧化碳、甲醇、乙醇、烯烴、烷烴、羧酸……韓布興的實驗室正在拓展二氧化碳“變身”各種重要化學品和燃料的新路線。

以二氧化碳加氫制乙醇和液態烴為例，韓布興表示，這種液體燃料與氫能相比，無論運輸、儲藏還是使用都更具安全性。針對二氧化碳轉化利用過程中涉及到的熱力學和動力學問題，他和團隊還把物理化學和綠色化學研究相結合，設計了多種高效催化材料和綠色溶劑，提高轉化速率。

“現在化石資源的利用導致全球每年排放約350億噸二氧化碳，而全球二氧化碳資源化利用剛超過1億噸。下一步往前推，難度挺大。”韓布興表示，只有把相關研究產業化的面拓寬，未來二氧化碳利用量才會更大。

這正是他在不同方向廣泛布局的一個原因。在碳中和的一個重要方向——生物質轉化利用方面，該團隊也“多面開花”，如生物質轉化成苯（基本化工原料）、苯酚（樹脂、殺菌劑、防腐劑以及藥物的重要原料）、環己酮（可溶解硝酸纖維素、涂料、油漆等）、生物質炭等。

韓布興團隊正在與河北唐山一家公司合作，利用秸稈、林業廢棄物等制作生物質炭。據介紹，生物質熱解后的主要產物是固體的生物質炭、有機物液體和可燃氣體，整個過程沒有污染。加工而成的生物質炭以一定比例與煤炭混合使用，可以使煤炭充分燃燒，減少污染。

“現在（生物質炭）主要用于民用和中小型鍋爐，未來將力爭推廣到鋼鐵和火電等行業，這樣可大幅提高生物質用量，降低污染。”韓布興說。