应对不断增长的碳排放量成为全球经济发展的重大课题。
二氧化碳是造成全球变暖的祸首，但它作为工业原料的用途却十分广泛。在低碳、减排成为世界经济发展主题词的今天，国内外已经开发出多项二氧化碳的新用途——发电、洗涤、杀虫……在这些五花八门的新技术中，有一项技术因有望对石化产业乃至整个工业发展产生颠覆性影响尤其值得关注，这便是二氧化碳加氢制甲醇。
国外攻关日渐升温
二氧化碳制甲醇对石化行业乃至世界工业的可持续发展究竟意味着什么？
“二氧化碳制甲醇如果实现产业化将引发石化行业原料来源的变革。因为一方面甲醇是用途最广的基础石油化工原料之一，它不仅本身可以直接用作燃料或者制汽油，同时甲醇也可以制芳烃、烯烃等化学品；另一方面，这一技术一旦获得突破和推广，意味着经济发展中面临的碳减排压力将得到有效缓解，之前人类发展中的减排负担将化身成为一项绿色产业的增长点。”北京化工大学一位副教授告诉CCIN记者。
据了解，二氧化碳制甲醇曾经一度在全球引发一场关于“甲醇经济”的广泛探讨。诺贝尔化学奖得主、著名有机化学家乔治A·奥拉曾提出，以可再生能源制氢，再利用二氧化碳加氢合成甲醇的循环模式可作为应对油气时代过后能源紧缺问题的一条解决途径。诺贝尔物理学奖获得者卡罗·卢比亚也多次公开建议采用二氧化碳制甲醇的方式取代现在风行的碳捕捉和封存，实现减排的同时为工业提供原料。
“正是基于以上原因，该技术成为目前全球最受关注的二氧化碳应用技术之一。”北京化工大学这位副教授说，近几年来发达国家对二氧化碳制甲醇技术的探索研究步步升温，其探索步伐也一波三折。
早在2002年，韩国科学技术研究院纳米技术研究中心就已经开发出利用过渡金属催化剂在加温加压条件下日产100千克的二氧化碳加氢制甲醇中型试验装置，但由于种种原因，该装置后续的试验一度搁浅。
2009年，新加坡生物工程和纳米技术研究院的研究人员通过著名的专业杂志《应用化学》宣布，他们用N-杂环碳烯有机催化剂成功开发出了在室温下将二氧化碳转化为甲醇的催化工艺。就在业界充满期待时，该工艺的可行性却很快遭到德国海德堡大学有机化学研究所的专家多丽斯·昆茨对催化剂本身能耗水平的质疑，因为制取该有机催化剂所消耗的能源比该工艺吸收并减少的二氧化碳还多。
不久前日本三井化学株式会社在该领域取得的成果再次让业界眼前一亮。今年5月，三井化学株式会社对外宣布，在二氧化碳分离、催化剂改良以及甲醇和水的分离等工序上获得很大突破后，他们2009年斥资1600万美元建成全球首套100吨/年二氧化碳制甲醇中试装置并获得成功。这是已有公布的消息中二氧化碳制甲醇最为领先的成果。
国内已达中试水平
CCIN记者在采访中了解到，国内科研机构和企业对该技术开发的关注热度丝毫不亚于国外。
“国内高能耗企业尤其是煤化工企业对二氧化碳加氢制甲醇技术的关注度非常高，初步估计就有三四十家企业在紧密跟踪关注这一技术的进展，同时也有不少企业如大唐、神华等公司在做相关研究。”上海华谊集团技术研究院常务副院长张春雷接受CCIN记者采访时表示。
据了解，“十一五”期间随着国民经济的高速增长，我国每年的二氧化碳排放量有增无减，但其回收再利用的量却少得可怜。据中国工业气体协会提供的数据，到“十一五”末期时我国每年回收的二氧化碳量约为750万吨，其中利用起来的占收集量的70%，约为500万吨。按照德国可再生能源机构IWR公布2009年中国74.3亿吨的碳排放量计算，我国二氧化碳的利用量不足排放量的千分之一。
中国工业气体协会二氧化碳专委会秘书长赵敏告诉CCIN记者，目前国内企业主要涉足的业务是二氧化碳产品的回收以及直接应用，这些直接应用包括碳酸饮料、注井驱油、烟丝膨化、食品保鲜等较成熟的领域。
“按照《京都议定书》的要求，2012年后我国碳减排压力可能会加大，而国家对碳排放的限制正日渐收紧。今年4月份财政部相关负责人已经表示，‘十二五’后期我国有望开征碳税，这给我国的碳排放大户带来了不小的压力，但是目前国内二氧化碳大规模利用水平显然还不够理想。”张春雷分析认为，从用量上来讲，二氧化碳虽然也可用于制其他化工产品，但相比而言用量都比较少。二氧化碳大规模地用于工业，主要还是走制甲醇这条路线。从产业发展角度来讲，二氧化碳制甲醇也是已知几种化工路线中最优的。
我国二氧化碳制甲醇技术与发达国家相比究竟有多大差距呢？据介绍，国内相关机构从事二氧化碳加氢制甲醇基础技术研究已经有了数十年的历史，虽然应用技术研究在近几年才热起来，但与国际先进水平相比已不相上下。
“目前发达国家的二氧化碳加氢制甲醇技术处于中试水平。日本三井化学完成100吨的中试装置后号称该技术可以顺利扩充至万吨级，但是目前万吨级装置还没做出来。目前国内的相关技术也接近中试水平，与国际先进水平相比只是在个别应用细节上略有欠缺，依靠现有技术建成一套千吨级中试装置是没问题的。”张春雷说。
据了解，上海华谊集团技术研究院已经和山西煤化所联合申报了一项“十二五”期间的“863”项目，初步计划在3年时间内建成一套千吨级二氧化碳加氢气制甲醇的示范装置，该项目有望明年正式启动。
示范装置很有必要
虽然国内对二氧化碳制甲醇技术的关注和攻关已是风生水起，但接受采访的专家均表示，该技术想要实现产业化仍面临着一些瓶颈。
首先是反应催化剂仍需改进。“从化学反应过程上来看，国内的二氧化碳制甲醇的催化剂还存在转化率和选择性较差的问题。目前转化率一般维持在15%~20%，这相当于1000升二氧化碳在现有催化剂的作用下只有150~200升能完成反应；目标选择性在70%左右。因此如果催化剂的性能得到进一步提升，将有效降低生产成本，助力该技术的产业化。”张春雷说。
石油和化学工业规划院副院长史献平也指出，二氧化碳加氢合成甲醇反应的关键之一是催化剂，为此国外一些技术领先的企业也在重点攻关改进二氧化碳加氢制甲醇的催化剂。据了解，目前丹麦托普索、日本关西电力公司和三菱重工、德国鲁奇公司、韩国科学技术研究院等也都在攻关二氧化碳加氢制甲醇的催化剂研究。
催化剂之外，氢气的来源则是制约该技术实现产业化的最重要原因。
“目前氢气制备过程和成本控制是二氧化碳制甲醇技术实现商业化应用的关键。能否获得来自非化石能源的廉价氢源直接决定了该工艺的经济性。”据赵敏介绍，目前我国氢气的制取方式还都是通过化学原料或者水电解。前者要消耗现有化石资源，后者要耗费大量的电能。就目前的制氢技术而言，制氢过程中消耗能量所排放的二氧化碳并不亚于制甲醇时所还原的二氧化碳量，在经济上得不偿失的同时实际上并未实现减排。
天津大学化工学院刘昌俊教授认为，二氧化碳加氢制甲醇，一定程度上也依赖新能源的发展，可以在风能、核能、太阳能等能源技术大规模发展后，解决氢的来源问题。他同时表示，二氧化碳制甲醇的研究对人类社会的可持续发展有重要的积极意义，国内应加以重视，不能以一时的经济利益来作取舍。
张春雷表示，目前国家支持建设示范性装置是很有必要的。“可以像煤制油一样，把该技术作为国家的战略技术储备，一旦将来的化石资源无法再满足生产生活需要，二氧化碳制甲醇将发挥非常积极的作用。”
去年底，中美合作的第一个二氧化碳储存与捕获应用研发中心在北京揭牌，双方将就二氧化碳的利用展开深度合作。 （图片由CFP提供）
