废物能高效清洁利用将催生“城镇矿山”新兴产业

整理撰稿人：中科院国家科学图书馆武汉分馆先进能源科技团队

李桂菊（E-mail:ligj@mail.whlib.ac.cn）、张军、陈伟

审稿专家：中科院广州能源所陈勇研究员

1 主要科技内涵及意义

大量的废物是巨大的能源库和资源库，既可直接获得新的能源，又可通过废物的循环再生利用节约资源和能源。废物能高效清洁利用通常是指将退出生产环节或消费领域的固体物质，通过技术、经济手段与管理措施，在实现无害化处置和减少污染物排放的同时，回收大量有价物质，提高废物综合利用率，具有公益性和经济性双重特性[1]。目前废物能高效清洁利用主要体现在可再生资源利用、工业固废资源化利用以及垃圾与污泥资源化利用等方面。中国每年产生的生活垃圾、市政污泥、畜禽粪便、工业废渣、农林剩余物、建筑垃圾、电子垃圾等城镇固体废物超过100亿吨，如果加以有效利用，则可产生大量的热量、沼气、有机肥、生态建材等能源资源化产品，尤其其中的有机废物作为能源化利用具有巨大的潜力，同时还可回收大量纸、塑料、稀有金属和钢铁等。基于上述现状及多年的科研积累，未来废物高效清洁利用相关技术将取得群发性突破，基于物质流、能量流和经济流的循环经济模型的建立以及废物逆生产技术体系的形成，将为“城镇矿山”产业的发展奠定理论和技术基础[2]。

2 当前世界进展

2.1 再生资源利用技术

再生资源利用主要包括：废旧金属再生利用技术、废旧电子电器拆解利用技术、废旧机电产品再制造技术和废旧高分子材料高值利用技术等[1]。这些技术在发达国家普遍应用。意大利开发的COS-MELT倾动炉火法技术，可直接利用废杂铜精炼生产高品质的低氧光亮铜杆，显著提高再生铜的利用水平和质量；废旧电子电器智能分选与清洁提取技术已在欧美国家和日本的再生资源企业中大规模应用；欧美国家正在积极推动将淘汰或达到使用寿命的零部件使用到新产品上去，高温喷射清洗、堆焊、热喷涂、激光等技术已广泛用于汽车、工程机械等废旧机电产品主要零部件再制造；实现废旧高分子材料全生命周期利用是国内外废物资源化技术的研究热点。

2.2 工业固废资源化技术

工业固废资源化利用主要包括：粉煤灰和煤矸石资源化利用技术、金属废渣综合处置技术、工业副产石膏综合利用技术、工业生物质废物资源化利用技术等[1]。国外主要矿产资源品位较高，清洁选冶工艺得到普遍应用，所产生的选冶废渣有害成分含量较低，其资源化方式主要是瞄准有价成分的高值利用；发达国家工业副产石膏产生量较小，且天然石膏价格较高，资源化方式主要是替代天然石膏生产建材，基本已经形成成熟、稳定的综合利用技术体系。

2.3 垃圾与污泥资源化技术

垃圾与污泥资源化利用包括：城市生活垃圾资源化利用技术、建筑垃圾资源化利用技术、污泥处置与资源化利用技术等[1]。发达国家在垃圾与污泥资源化处理方面进展很快。如，德国已建有55个城市生活垃圾处理与生物质燃气利用工程，不仅满足工程自身能源供给，而且正逐步形成对交通车辆和居民小区燃气利用的供给能力；欧盟国家每年的建筑垃圾资源化利用率达50%，韩国、日本已达97%左右；欧美国家污泥厌氧消化制生物质燃气技术及成套设备已相当成熟，并大规模应用。

3 中国的优势

与世界主要发达国家相比，我国废物能的高效清洁利用仍处于国际资源大循环产业链的低端，且再利用产品附加值低，利用规模与水平仍有很大的提升空间，迫切需要通过技术创新大幅度提升废物综合利用率与资源产出水平，保障国家战略资源供给安全[3]。目前，我国已经加紧了在废物能高效清洁利用领域的研究，并启动了国家重点基础研究发展计划研究项目，如“可燃固体废物的能源化高效清洁利用机理研究”项目。

中科院在废物能的高效清洁利用研究方面具有优势，开展相关研究的单位主要有过程工程所、广州能源所、生态环境中心以及青岛生物能源与过程所等。如，过程工程所在钒铬高效清洁转化分离与过程污染控制的原创性技术研发基础上，建成世界上首套钒铬废渣全组分高值化利用1.5万吨/年生产线，实现了利用含钒废料直接生产高纯五氧化二钒产品，回收率达90%[4]；广州能源所在废弃物无害化处理及资源化利用方面已进行20多年的研究，在垃圾组分的物化特性、无害化处置及高效能源化资源化利用基础研究和示范方面取得了丰富的研究成果；生态环境中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室是我国持久性有机污染物研究的重要基地。在二恶类的检测分析方面，仪器设备和能力都达到国际先进水平；青岛生物能源与过程所热化学转化团队近几年来一直围绕生物质、固体废物、煤等可再生资源的处置、热化学能源化利用以及催化材料等方面开展研究工作。

4 未来标志性目标或成果

根据《废物资源化科技工程“十二五”专项规划》，预测到2015年，我国主要金属再生产量将突破1200万吨，相当于进一步降低对外依存度10%—15%。近年来，我国废物资源化产值以每年10%—20%的速度增长，2010年实现产值超过1万亿元，约占节能环保产业总产值的60%以上，通过废物的能源化与资源化利用关键技术、城市及农业固体废物的厌氧发酵联产氢和甲烷关键技术、城市污泥微生物发电技术与装备研制、混合可燃固体废物的富氧热解气化技术与气体净化调质技术、城市家居可燃固体废物的先进热解燃烧锅炉技术、地沟油制备生物柴油技术以及工业废物制生物丁醇技术等的突破，预计到2015年我国废物资源化产值将达到2万亿元。

未来30年内，世界80%的地下矿产资源将转移到地上，废物能源化资源化利用为全球提供的原料将由目前占原料总量的30%提高至80%[5]。

1 科技部等.废物资源化科技工程“十二五”专项规划.2012.http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/gwy/201206/W020120619583569108709.pdf.

2 中国科学院.科技发展新态势与面向2020年的战略选择.北京：科学出版社，2013.

3 七部门合力推动“十二五”废物资源化产值达2万亿.再生资源与循环经济，2012,（09）：31.

4 院士解读《废物资源化科技工程十二五专项规划》.资源再生，2012，（06）：22-24.

5 钱易，温宗国.加强废物资源化促进循环经济发展.中国科学报,2012-06-13.http://news.tsinghua.edu.cn/publish/news/4215/2012/20120613142140602622308/20120613142140602622308_.html.