“双碳”愿景下《绿色化学》课程思政教学改革初探*

蒋叶涛，王晓宇，吴 真，胡 磊，周守勇

(淮阴师范学院化学化工学院，江苏 淮安 223300)

绿色化学作为化学分支课程，兴起于20世纪90年代，该课程主要通过化学的新工艺及新方法，减少甚至是消除使用有害物质，进而避免产生有害产物及其副产物。它以“原子经济性”为原则，从物质产生的源头来控制废物的产生从俄日减少对环境的污染，进而实现社会循环经济以及可持续发展的目标。绿色化学作为一门具有明确社会需求和科学目标的新兴交叉学科[1]，它从当代包括化学、生物、材料、物理、信息等多门学科中吸收了其最新理论及技术。它的主要课程任务是让学生能够了解或者掌握绿色化学中的基本概念、原理、方法、现状和研究前景，使学生具备运用绿色化学的知识来解决环境污染问题的基础能力，帮助学生建立全新的环保理念，树立其科学发展观，提高其综合素养，并增强其社会责任感。

过量温室气体的排放加剧了温室效应，这对全球的气候产生了不良的影响，CO2作为温室气体的主要成员，减少它的排放被视为解决全球气候问题最主要的解决途径，而如何有效地减少碳排放也成为了全球性的议题。为了承担起解决气候变化问题中的大国责任、推动我国的生态文明建设以及高质量发展，习总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上提出“力争于2030年前CO2排放达到峰值，在2060年前争取实现碳中和”，明确指出我国在面对气候变化问题时要实现的“双碳”目标。双碳的目标内涵与绿色化学的概念高度一致，一方面，“双碳”目标是加快绿色化学技术发展的重要抓手；另一方面，绿色化学学科为实现“双碳”目标提供了有力理论支撑和智力支持。从源头控制减少废物产生的清洁生产以及绿色化学，在化学工业化生产的每一个阶段都能够严格地遵循以环境保护为首的根本原则，是在新文明观引领下的经济方式与科技范式应该打开的方式，为实现“双碳”目标提供了强有力的理论支撑以及智力支持。

1 绿色化学思政元素

习近平总书记曾分别在全国高校思想政治工作会议(2016年)和中国共产党第十九次全国代表大会上对高等院校的思政教育做出重要指示。作为高校教师，应将思想政治教育和正确的价值观自然的浸润到每一门及每一堂课中，不断提升思想政治教育的亲和力以及针对性，培养新时代“有理想、有本领、有担当”的社会主义人才。其实，有很多的课程思政元素都可以通过巧妙的方法自然的融入到绿色化学课程的教学当中，举例：(1)增强社会责任感和使命感：中华民族的永续发展是中华民族复兴大业的内在要求，而构建人类命运共同体以及人与自然生命共同体则是人类可持续发展的客观需要；(2)新型生态文明观：建立学生对生态环境保护的责任意识，树立“绿水青山就是金山银山”的可持续发展理念；(3)坚定文化自信：将“生命共同体”的思想以及中国传统文化中“天人合一”的思想有效融入，进而引导学生将天地宇宙和人与自然看作是一个有机整体；(4)培养创新精神：绿色化学作为一门兼具明确社会需求以及科学目标的新交叉学科，符合当今国际化学研究的前沿要求，可以培养学生科学的创新精神等。

目前，各类开设的绿色化学课程主要以绿色技术与方法为主要内容，学生缺乏对该课程学习的动力和激情，大部分学生都只注重于对该课程理论知识的学习，并不能够将现有的绿色化学知识与当前的国家建设以及战略政策联系起来，虽然部分高校教师已经有意识地将思政元素融入到绿色化学课程的教学过程中，总的来说现阶段建设绿色化学课程思政尚处于发展阶段，因注重学生学习效果的反馈并吸取同行的教学经验，及时在工作中进行经验总结和思政教学方案的完善[2-3]。 “双碳”目标的内涵与绿色化学理念完美契合，在教学过程中借由绿色化学基本原则来阐明“双碳”目标的内涵，有效激发学生们对该门课程的学习热情，进一步肩负起时代赋予他们的社会使命和责任，这一点极为契合当代时代主题的思政元素融合设计。如图1所示，下面将以碳达峰与原子经济性以及“5R”原则、碳中和与生物质以及CO2利用为例，具体阐述“双碳”目标与绿色化学原则教学过程中的有机结合点。

图1 “双碳”目标与绿色化学原则有机结合示意图Fig.1 Interaction diagram of “carbon peaking and carbon neutrality” targets and green chemistry principles

1.1 碳达峰与原子经济性

所谓“碳达峰”，指某地区或行业年度的CO2排放量到达历史的最高值，处于CO2排放量由增转降的历史拐点。截至2020年，全球现有五十四个国家的碳排放实现了达峰，共占据全球碳排放总量的40%，其中很多发达国家其实已经早早的实现了碳达峰，这为实现碳中和目标留下了相对比较充裕的时间。相比较于美欧国家，我国目前正处于经济上升期，实现碳达峰以及碳中和目标的的年限相隔较短，因此对于我国来说欲实现“碳中和”的愿景可谓是“时间紧、难度大”。数据显示，自2011年以后，我国每年的CO2排放量在90亿吨以上，2019年达到了100亿吨，这占全球CO2总排放量的27.9%，排名全球第一，是美国的2倍、欧盟28国的3倍[4]。

面对复杂局面和重大挑战，在革命时期中国共产党总结了“三大法宝”，主要是指党的建设、武装斗争和统一战线；在建设时期又发展了“新三大法宝”，分别为加强党的执政能力建设、始终保持党的先进性以及不断开创中国特色社会主义事业新局面。同样地，传统化学有“三大法宝”：转化率、选择性和收率；绿色化学也发展了“新三大法宝”：原子经济性、环境因子和环境熵。其中，原子经济性指标是绿色化学区别于传统化学的重要特征，对于含碳的反应，能做到原子经济，则能从源头上有效避免含碳废弃物的产生，进而达到减碳目标，助力碳达峰。随着不断加快工业化的进程，全球性环境污染问题日益严重，“双碳”目标的实现将显著缓解当前的资源环境压力，有力促进可持续发展。将绿色化学与“双碳”目标的关系融入绿色化学基本原则教学过程，让学生明白，保护环境不仅要对污染进行治理，更要基于“原子经济性”原则，从源头上控制并消除污染，进而实现低碳经济，主要表现为低能耗、低污染和低排放，培养学生构建人类命运共同体以及保护生态环境的责任意识，树立“绿水青山就是金山银山”的发展理念，最后在发展中兼顾防治并全面落实“双碳”目标，推动可持续发展的绿色进程。

1.2 碳达峰与“5R”原则

低碳技术是可以有效降低碳能源的消耗、减少温室气体的排放和防止气候变暖所采取的技术手段。依照减排机理，低碳技术主要包括零碳技术、减碳技术以及负碳技术。由于我国碳排放仍未达峰，减碳技术现阶段将发挥重要作用，以期消减峰值，降低碳中和压力。碳减排技术重要应用于高排放领域，而绿色化学的“5R”原则就成了重要抓手。所谓“5R”原则即：Reduction(减量)、Recycling(回收)、Reuse(重复使用)、Rejection(拒用)、Regeneration(再生)。“5R”原则的贯彻将有力促进化学工业生产中关键工艺流程的低碳化改造，碳达峰目标的确立也将有力驱动“5R”原则的贯彻实施，二者相辅相成，相互促进。

比如煤炭是我国能源消费的主要需求，先进煤气化技术作为可大幅提升合成氨等传统煤化工产业水平的基础技术之一，它在节能环保以及煤种适应性等方面有其独特的优势[5]。其一，可通过加强高温余热的回收利用来实现节能的有效降耗；其其二，可通过提高输送密度，利用CO2来输送煤气，省去煤气的干燥环节；其三，采用液态方式对碎煤渣进行排放，可实现废水中有机成分的回收。目前，以晋华炉作为代表的水煤浆水冷壁废锅气化炉，实现了装备制造以及智能控制技术和煤化工技术、热能技术的跨学科结合，可提高煤炭原料的利用效率，其减碳效果显著。对于石化企业，一是通过“减量”减少二氧化碳排放，譬如大量配置电作为一次能源，减少其他能源消耗；二是通过“回收”实现生产过程降碳，譬如通过推广高效换热和低温余热利用等新技术，提高石化企业的用能效率；三是通过“拒用”减少二氧化碳排放，譬如首先停运规模小、能耗高、排放量大的装置，逐步淘汰工艺落后、能效低、排放高、效益差的产能，向新材料、新能源、新业务等绿色低碳转型[6]。

1.3 碳中和与生物质

“碳中和”又被称为“二氧化碳净零排放”，主要是指在特定时期内人为CO2移除在全球范围内抵消人为CO2排放。无论是绿色化学基本原则中的原子经济性，还是“5R”原则，其技术特征都是减碳的，其目的是节能减排，降低碳达峰时的峰值。欲实现“碳中和”目标，仍需要进一步发展零碳技术和负碳技术。对于化石基能源利用过程是增碳的，同学们比较好理解，但说到生物质能源是零碳的，部分同学则会感到困惑，直觉上，生物质燃料包括生物乙醇或者生物柴油等利用过程，也是排放二氧化碳的，这是因为没有从全生命周期的角度评价，生物质在生长过程中会重新吸收二氧化碳。

因此，生物质能在国际上是公认的零碳可再生能源，可以通过发电、供热、供气等方式，广泛应用于工业、农业、交通和生活的多个领域，是其他可再生能源无法替代的[7]。历史上经济发展与能源利用、温室气体排放的增加密切相关。可再生能源有助于摆脱这种相关性，从而为可持续发展做出贡献。如果资源得到可持续开发，并采用高效率的技术，那么生物能源具有减少温室气体排放的显著潜力。现有的某些系统和未来的重要选择，包括多年生的农作物、林产品、生物质残余物以及一些先进的能源转换技术，能够显著的发挥其对温室气体的减排作用，相比较于化石能源基准值，可减少80%～90%的排放。假如与 BECCS(生物能源与碳捕获和储存)技术相结合，生物质能甚至可以创造负碳排放。生物质能对我国各个领域实现2030年的碳达峰和2060年的碳中和具有十分重要的减排贡献。

1.4 碳中和与CO2利用

“碳中和”的目标主要是指一边降低CO2排放，一边促进CO2吸收，用吸收量抵消排放量，而不单纯是禁止CO2的排放。开发成本低和效率高的CO2捕集、浓缩和运输技术，可靠的封存技术，以及有商业价值的下游利用技术(CCUS)，既能实现碳减排，又能获得能源和化学品，一举多得。在诸多解决方案中，将含量丰富、无毒且廉价的CO2作为C1源转化为高附加值的精细化学品，使其变废为宝，是其中最有效的策略之一[8]。

譬如，合成气(H2/CO)作为主要的的化工原料，具有“合成工业的基石”的美誉。它主要是通过重整甲烷水蒸气的方法来制备，而甲烷二氧化碳重整技术可以同时对两种温室气体(CH4、CO2)产生消耗，获得合成工业前驱物——合成气，兼具环保性和经济效益。而转化成合成气后将会有无限可能，如合成甲醇、丁醇、丁醛、甲酸、草酸、二甲醚、乙二醇等各类烃醇醚类高附加值化工产品，可以通过费托合成制得发动机燃料。除此之外，甲醇还可以通过加氢制得甲酸、甲醇，通过与环氧丙烷合成环状碳酸酯、与邻二醇合成碳酸丙烯酯制得系列精细化学品，通过与环氧化物共聚合成聚碳酸酯材料，通过矿化反应得到稳定的固态碳酸盐矿化等。

2 “双碳”和“绿色化学”的教学融合

在教学中还需要提醒同学们，目前我国仍然是世界上最大的发展中国家，还没有完成工业化的进程，要实现碳达峰、碳中和，需要克服一系列的困难。实现碳达峰和碳中和的关键是协同发展与开发绿色化学技术和清洁能源，改变传统以煤炭为主的高碳能源结构及电力结构，向低碳能源结构转变。这需要政府、企业和全社会的共同努力，无论是对实体经济还是与其紧密相关的金融体系，“双碳”目标不仅仅是指绿色低碳，更是对社会经济增长方式的彻底改变。作为化学化工专业学生要秉持绿色工程理念，夯实专业基础知识，为我国双碳目标的实现贡献青春与智慧。

“双碳”目标的实现，解决的关键问题是不断扩充的人才需求数量和不断提高的人才需求质量，培养绿色化学类人才，可有效促进化学化工的绿色发展，进而对推动并实现“双碳”目标起到极大的作用。而对绿色化学人才的培养不仅是培养他们拥有扎实的专业知识和实践能力，更要帮助他们树立深刻并正确的的生态文明观和价值观，以实现“双碳”目标和子孙后代的福祉作为自身的责任，争取成为一名“有理想、有本领、有担当”的绿色化学人才。

3 结 语

本文以绿色化学基本原则为例，聚焦“3060碳达峰、碳中和”目标内涵，深挖碳达峰与原子经济性、碳达峰与“5R”原则、碳中和与生物质、碳中和与CO2利用等相关思政元素，阐明绿色化学基本原理与“双碳”目标辩证关系。根据学生的需求与倾向，找到课程思政的切入点，围绕责任感与使命感、新型生态文明观、坚定文化自信、培养创新精神等重点，从可持续发展角度出发，在课程标准、课程内容、教学评价等每一个教学环节有机融入思想价值引领，重视课程目标和专业培养目标。紧绕绿色化学课程对教学目标和毕业目标的要求进行讨论，以价值引领为中心原则，将知识传授以及能力提升为目的，具有针对性地修订和完善教学大纲，进一步明确专业课课程思政培养的目标，使专业课的教学能够与思政教育起到相互促进、共同提高的协同作用。