張　欣

4年前，法國化學(xué)家伊夫·肖萬因“讓原子起舞”而獲得當年的諾貝爾化學(xué)獎。1970年，他和學(xué)生在一篇論文中闡述了金屬卡賓擔當“中間人”，幫助烯烴分子“交換舞伴”的過程。

金屬卡賓是指一類有機分子，其中有一個碳原子與一個金屬原子以雙鍵連接，好像一對舞伴。在與烯烴分子相遇后，兩對舞伴會暫時組合，跳起四人舞。隨后它們“交換舞伴”，組合成兩個新分子，其中一個是新的烯烴分子，另一個是金屬原子和它的新舞伴。后者會繼續(xù)尋找下一個烯烴分子，再次“交換舞伴”。

通過在反應(yīng)過程中引人綠色介質(zhì)，讓“原子起舞”并“交換舞伴”，以大幅度提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、源頭削減化學(xué)反應(yīng)副產(chǎn)品和廢物排放，實現(xiàn)資源高效一清潔一循環(huán)利用，將實驗室成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。這，就是綠色過程工程。

“資源高效清潔循環(huán)利用是一場沒有終點的戰(zhàn)爭?！敝袊茖W(xué)院過程研究所研究員、濕法冶金清潔生產(chǎn)技術(shù)國家工程實驗室主任齊濤告訴《瞭望東方周刊》，“中國正在開啟‘綠色過程工程時代?！?/p>

金屬礦產(chǎn)資源的中國式困境

“為裝備制造業(yè)提供原材料和物質(zhì)基礎(chǔ)的過程工業(yè)占制造業(yè)GDP的46.9％，占整個國內(nèi)生產(chǎn)總值的16.6％，”齊濤告訴本刊記者，21世紀過程工業(yè)仍然是現(xiàn)代制造業(yè)的核心。

根據(jù)英國化工協(xié)會預(yù)測，2010年化學(xué)工業(yè)將創(chuàng)造2.04萬億美元的產(chǎn)值(是2000年的1.42倍)，并將一直保持較高的平均增長率。

“中國經(jīng)濟的高速發(fā)展所要求的資源能源總量是空前規(guī)模的，”齊濤說，但與此同時，資源的對外依存度也在不斷上升。到2010年，石油、天然氣、鐵、錳、銅等10種資源的需求量將不能保證，而鉻、鈷、鉑、鉀鹽、金剛石這5種資源將嚴重短缺。

資源消耗量大是我國工業(yè)發(fā)展面臨的困境之一。

我國單位GDP所需有色金屬(銅、鋁、鉛、鋅)資源消耗量約為日本的7.1倍、美國的5.7倍、印度的2.8倍，鋼材是世界平均水平的3.6倍。礦產(chǎn)資源回收率比國外低20％。

“中國金屬礦產(chǎn)資源貧、雜、細的特點更加劇了這一問題的嚴重性?！饼R濤介紹說，以中國國民經(jīng)濟中應(yīng)用最廣的鐵、鋁、銅為例：中國的鐵礦資源儲量尚可，但平均含鐵品位僅有33％，富鐵礦儲量不到5％；我國鋁土資源98％為一水硬鋁石，這決定了我國氧化鋁工業(yè)的能耗、堿耗均高于國外以三水鋁石為原料的氧化鋁廠，赤泥排放量巨大；中國銅礦平均品位僅有0.87％。”

環(huán)境污染嚴重是經(jīng)濟高速發(fā)展帶來的困境之二。

齊濤告訴記者這樣一組數(shù)字：

每年我國將產(chǎn)生60多萬噸毒性鉻渣，現(xiàn)累計400多萬噸的鉻渣堆積成山，亟待安全處置；氧化鋁生產(chǎn)每年排放2000多萬噸赤泥，堆積成赤泥壩；另外每年有300多萬噸高鈦型高爐渣產(chǎn)生，到目前已經(jīng)累計有6000多萬噸。

“嚴重的環(huán)境污染已影響到可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標，”齊濤告訴記者，“這種金屬礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的‘中國式困境逼著我們不斷尋找資源高效、清潔、循環(huán)使用的新原理和新技術(shù)?！?/p>

鉻渣危機

在美國著名環(huán)保主題電影《永不妥協(xié)》中，美國加州RGE電力公司使用六價鉻作為防銹劑，并將含有六價鉻的污水排人池塘。綠色的泥漿向地下水滲漏長達14年之久。最后，634人將電力公司告上法庭，獲賠3.33億美元。

六價鉻主要來自鉻鹽行業(yè)。鉻鹽是國家重點發(fā)展的一類化工原料，廣泛應(yīng)用于電鍍、皮革、顏料、高性能合金、陶瓷等涉及國民經(jīng)濟15％的行業(yè)。2007年鉻鹽產(chǎn)量達到30多萬噸。傳統(tǒng)鉻鹽工藝每噸產(chǎn)品排放2噸鉻渣，年排放量約60多萬噸。鉻渣為最嚴重的重金屬污染源，也是國際環(huán)保難題。

齊濤說，中國科學(xué)院過程工程研究所張懿院士，于20世紀90年代初提出了“生態(tài)化工和清潔生產(chǎn)”新方向，帶領(lǐng)團隊經(jīng)過10年努力，構(gòu)建了亞熔鹽鉻鹽清潔生產(chǎn)技術(shù)新體系，與中國藍星合作建成萬噸級示范工程，在國內(nèi)外首次實現(xiàn)鉻化工生產(chǎn)的鉻渣零排放。

“原子經(jīng)濟性反應(yīng)是這套綠色工藝的核心所在，”齊濤總結(jié)道，利用亞熔鹽作為綠色介質(zhì)的鉻鹽清潔工藝，與傳統(tǒng)工藝相比，鉻轉(zhuǎn)化率由75％提高到接近100％，反應(yīng)溫度由1200℃降低至300℃，資源利用率由20％提高到90％。

目前，鉻化工清潔生產(chǎn)示范工程已經(jīng)在河南義馬地區(qū)成了循環(huán)經(jīng)濟和生態(tài)工業(yè)園的“樣板”。在這里，構(gòu)建了清潔鉻鹽廠、煤氣化和熱電廠等工業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)，一個生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢物或者產(chǎn)品，作為另一個過程的原料加以應(yīng)用。

“排放的不再是廢棄物，而是寶物和資源，”齊濤認為，“各生產(chǎn)過程之間廢物變資源的生命通道正在打通。”

低碳經(jīng)濟時代

除了鉻化工清潔生產(chǎn)，齊濤所在的中科院過程所還成功研發(fā)出“鈦資源高效轉(zhuǎn)化-鈦酸鹽水解-介質(zhì)再生循環(huán)”的熔鹽法鈦白清潔工藝，建成千噸級示范工程，實現(xiàn)了酸性廢氣、廢渣近零排放，源頭削減廢水排放80％。

《中國至2050年科技發(fā)展路線圖》對智能綠色制造體系提出了目標：到2020年前后，實現(xiàn)制造過程節(jié)能30％，碳排放減少20％，原材料損失率減少30％，二次資源循環(huán)利用率達到50％；到2030年前后，實現(xiàn)制造過程節(jié)能50％，碳排放減少50％，原材料損失率減少50％，廢棄物循環(huán)利用率達到70％；到2050年前后，建立低碳經(jīng)濟型制造業(yè)體系，原材料損失率減少90％，廢棄物循環(huán)利用率達到90％。

“從現(xiàn)在到2020年，形成以重工業(yè)為代表的資源能源節(jié)約生產(chǎn)模式，到2030年，建立‘生態(tài)工廠，實現(xiàn)產(chǎn)品的生態(tài)化制造和可循環(huán)利用，到2050年進入‘生物社會，實現(xiàn)資源封閉循環(huán)?！饼R濤告訴記者，“未來幾十年，是綠色過程工程發(fā)展的關(guān)鍵時期，”清潔工藝從實驗室走向生產(chǎn)實踐，形成系統(tǒng)化、集成化，自動化的成套技術(shù)，建成大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的清潔生產(chǎn)基地，才能真正解決我國資源、能源和環(huán)境的困局。

齊濤相信，從現(xiàn)在起到2050年，燒杯和試管中“調(diào)”出來的一抹綠色將不斷暈染，鋪滿中國過程工業(yè)的角角落落。