一场没有终点的战争

张　欣

4年前，法国化学家伊夫·肖万因“让原子起舞”而获得当年的诺贝尔化学奖。1970年，他和学生在一篇论文中阐述了金属卡宾担当“中间人”，帮助烯烃分子“交换舞伴”的过程。

金属卡宾是指一类有机分子，其中有一个碳原子与一个金属原子以双键连接，好像一对舞伴。在与烯烃分子相遇后，两对舞伴会暂时组合，跳起四人舞。随后它们“交换舞伴”，组合成两个新分子，其中一个是新的烯烃分子，另一个是金属原子和它的新舞伴。后者会继续寻找下一个烯烃分子，再次“交换舞伴”。

通过在反应过程中引人绿色介质，让“原子起舞”并“交换舞伴”，以大幅度提高反应转化率、源头削减化学反应副产品和废物排放，实现资源高效一清洁一循环利用，将实验室成果转化为产业化技术。这，就是绿色过程工程。

“资源高效清洁循环利用是一场没有终点的战争。”中国科学院过程研究所研究员、湿法冶金清洁生产技术国家工程实验室主任齐涛告诉《瞭望东方周刊》，“中国正在开启‘绿色过程工程时代。”

金属矿产资源的中国式困境

“为装备制造业提供原材料和物质基础的过程工业占制造业GDP的46.9％，占整个国内生产总值的16.6％，”齐涛告诉本刊记者，21世纪过程工业仍然是现代制造业的核心。

根据英国化工协会预测，2010年化学工业将创造2.04万亿美元的产值(是2000年的1.42倍)，并将一直保持较高的平均增长率。

“中国经济的高速发展所要求的资源能源总量是空前规模的，”齐涛说，但与此同时，资源的对外依存度也在不断上升。到2010年，石油、天然气、铁、锰、铜等10种资源的需求量将不能保证，而铬、钴、铂、钾盐、金刚石这5种资源将严重短缺。

资源消耗量大是我国工业发展面临的困境之一。

我国单位GDP所需有色金属(铜、铝、铅、锌)资源消耗量约为日本的7.1倍、美国的5.7倍、印度的2.8倍，钢材是世界平均水平的3.6倍。矿产资源回收率比国外低20％。

“中国金属矿产资源贫、杂、细的特点更加剧了这一问题的严重性。”齐涛介绍说，以中国国民经济中应用最广的铁、铝、铜为例：中国的铁矿资源储量尚可，但平均含铁品位仅有33％，富铁矿储量不到5％；我国铝土资源98％为一水硬铝石，这决定了我国氧化铝工业的能耗、碱耗均高于国外以三水铝石为原料的氧化铝厂，赤泥排放量巨大；中国铜矿平均品位仅有0.87％。”

环境污染严重是经济高速发展带来的困境之二。

齐涛告诉记者这样一组数字：

每年我国将产生60多万吨毒性铬渣，现累计400多万吨的铬渣堆积成山，亟待安全处置；氧化铝生产每年排放2000多万吨赤泥，堆积成赤泥坝；另外每年有300多万吨高钛型高炉渣产生，到目前已经累计有6000多万吨。

“严重的环境污染已影响到可持续发展的战略目标，”齐涛告诉记者，“这种金属矿产资源开发利用的‘中国式困境逼着我们不断寻找资源高效、清洁、循环使用的新原理和新技术。”

铬渣危机

在美国著名环保主题电影《永不妥协》中，美国加州RGE电力公司使用六价铬作为防锈剂，并将含有六价铬的污水排人池塘。绿色的泥浆向地下水渗漏长达14年之久。最后，634人将电力公司告上法庭，获赔3.33亿美元。

六价铬主要来自铬盐行业。铬盐是国家重点发展的一类化工原料，广泛应用于电镀、皮革、颜料、高性能合金、陶瓷等涉及国民经济15％的行业。2007年铬盐产量达到30多万吨。传统铬盐工艺每吨产品排放2吨铬渣，年排放量约60多万吨。铬渣为最严重的重金属污染源，也是国际环保难题。

齐涛说，中国科学院过程工程研究所张懿院士，于20世纪90年代初提出了“生态化工和清洁生产”新方向，带领团队经过10年努力，构建了亚熔盐铬盐清洁生产技术新体系，与中国蓝星合作建成万吨级示范工程，在国内外首次实现铬化工生产的铬渣零排放。

“原子经济性反应是这套绿色工艺的核心所在，”齐涛总结道，利用亚熔盐作为绿色介质的铬盐清洁工艺，与传统工艺相比，铬转化率由75％提高到接近100％，反应温度由1200℃降低至300℃，资源利用率由20％提高到90％。

目前，铬化工清洁生产示范工程已经在河南义马地区成了循环经济和生态工业园的“样板”。在这里，构建了清洁铬盐厂、煤气化和热电厂等工业共生网络，一个生产过程产生的废物或者产品，作为另一个过程的原料加以应用。

“排放的不再是废弃物，而是宝物和资源，”齐涛认为，“各生产过程之间废物变资源的生命通道正在打通。”

低碳经济时代

除了铬化工清洁生产，齐涛所在的中科院过程所还成功研发出“钛资源高效转化-钛酸盐水解-介质再生循环”的熔盐法钛白清洁工艺，建成千吨级示范工程，实现了酸性废气、废渣近零排放，源头削减废水排放80％。

《中国至2050年科技发展路线图》对智能绿色制造体系提出了目标：到2020年前后，实现制造过程节能30％，碳排放减少20％，原材料损失率减少30％，二次资源循环利用率达到50％；到2030年前后，实现制造过程节能50％，碳排放减少50％，原材料损失率减少50％，废弃物循环利用率达到70％；到2050年前后，建立低碳经济型制造业体系，原材料损失率减少90％，废弃物循环利用率达到90％。

“从现在到2020年，形成以重工业为代表的资源能源节约生产模式，到2030年，建立‘生态工厂，实现产品的生态化制造和可循环利用，到2050年进入‘生物社会，实现资源封闭循环。”齐涛告诉记者，“未来几十年，是绿色过程工程发展的关键时期，”清洁工艺从实验室走向生产实践，形成系统化、集成化，自动化的成套技术，建成大规模产业化的清洁生产基地，才能真正解决我国资源、能源和环境的困局。

齐涛相信，从现在起到2050年，烧杯和试管中“调”出来的一抹绿色将不断晕染，铺满中国过程工业的角角落落。