以科技创新促进节能减排的战略研究

2024-02-13史益博

当代化工研究 2024年1期

＊史益博

（东北农业大学黑龙江 150006）

在经济全球化进程中，倡导低碳经济，建设生态文明，已是当今世界的主题。在今后的经济和社会发展中，要对建筑进行全方位地推动，要发展生态、低碳的经济，要加强节能、减排的工作。以科技创新促进节能减排为战略研究积极地推进低碳经济的发展，构建一个资源节约型、环境友好型的社会，这也是我国可持续发展战略的一个重要内容。

1.科技创新促进节能减排的影响

(1)科技创新对减少能源消耗的影响

①发电领域的科技创新。科技创新不断推动发电行业的转型升级，并提高了发电效率。引入了高效涡轮机、高效燃烧器等技术来提高火力发电厂的效率，降低碳排放。例如，2021年一份由牛津布鲁克斯大学所做的最新研究显示，竖直风机在大型风电场中比普通风机的效率要高得多，而且两台竖直风机配合使用，其效率可提高15%[1]。我国自主开发的世界第一台超临界气体发电机组于2022年正式投入运行，该机组的综合性能远超我国已有的气体发电机组，不仅具有超高的出力，而且具有“低碳”“绿色”等特点，较同类机组每年可减排85万吨以上[1]。

②建筑能源利用效率的提高。科技创新在建筑领域也起到了重要的促进作用。通过开发新一代的节能灯具、高效空调系统等技术，可以降低建筑物的能耗。同时，还可以利用智能化技术，实现建筑物的智能能源管理，进一步提高能源利用效率。

③工业生产过程的节能。科技创新在工业生产过程中也发挥着重要的作用。引入智能制造、物联网等技术，可以优化生产过程，降低能源消耗。通过精细化的数据分析和优化控制，可以在不降低生产效率的情况下，降低能源消耗。

(2)科技创新对减少排放的影响

①火力发电行业的碳排放减少。目前我国发电供热用煤占全国煤炭生产总量的50%左右。全国大约90%的二氧化硫排放量由煤电产生，80%的二氧化碳排放量由煤电排放量。火力发电是主要的能源消耗领域之一，也是重要的碳排放来源。通过科技创新，不断优化火力发电过程，减少碳排放是解决空气污染问题的重要方向之一。例如，优化燃烧器和燃烧过程，降低碳排放；引入碳捕获和封存技术，实现二氧化碳的减排。

②交通运输领域的碳排放减少。交通运输是另一个重要的碳排放领域。科技创新可以改进交通方式，减少尾气排放。例如，发展电动汽车技术可以减少汽车尾气的碳排放；引入无人驾驶技术，通过智能交通管理系统，优化交通流量，降低能源消耗。

③工业制造过程的污染物排放减少。在工业制造过程中，科技创新可以提供更环保的生产方式，减少有害气体和其他污染物的排放。例如，开发新型催化剂、引入高效过滤和回收技术，可以减少排放的污染物；应用新的清洁生产工艺，减少废物产生和排放。

3.目前科技的进步实现节能减排新技术

(1)碳捕获和封存技术

碳捕获和封存技术是重要的技术手段，有助于减少二氧化碳排放，应对全球气候变化。虽然该技术面临诸多挑战和问题，但随着技术的进一步发展和政策的支持，其具有广阔的发展前景。我们需要加大科研投入，不断优化碳捕获和封存技术，解决技术和经济性等方面的问题，推动该技术的广泛应用，为实现可持续发展作出贡献。

(2)碳捕获和封存技术的原理

①碳捕获技术

碳捕获技术主要有物理吸收、化学吸收和膜分离等方法。物理吸收利用溶剂或气体吸附剂将CO2从工业废气中吸收出来；化学吸收则通过化学反应将CO2与吸收剂反应生成可再生产气；膜分离则利用半透膜的选择性过滤性质将CO2与其他气体分离。

碳封存技术主要有地质封存、海底封存和矿物化封存等方法。地质封存是将捕获的CO2压入地下深层储层中，利用地层特性将CO2安全地封存起来；海底封存是将CO2压入海底的地质层中，使用水体压力和低温条件保持其稳定；矿物化封存是通过与矿物反应将CO2转化为无害的矿物形式，实现长期甚至永久存储。

②碳捕获和封存技术的应用领域

A.燃煤发电。燃煤发电是二氧化碳排放的重要来源，碳捕获和封存技术可以在燃烧过程中捕获二氧化碳，并将其封存于地下或海底，从而减少大气中的二氧化碳排放。工业过程许多工业过程会产生大量的二氧化碳，如钢铁、水泥、化工等行业。碳捕获和封存技术可以在这些过程中捕获二氧化碳，避免其直接排放，并将其安全地封存起来。

B.气田勘探与开采。碳捕获和封存技术可以与气田勘探与开采技术结合使用，将捕获的二氧化碳封存在已经采空的油气田中，从而提高油气的采收率，并将二氧化碳永久封存。

C.碳捕获和封存技术的挑战与问题。a.技术成本和能源效益碳捕获和封存技术存在高昂的技术成本，包括捕获、输送、封存和监测等环节。同时，该技术也会对能源效益产生一定的影响，因为捕获和封存过程需要耗费额外的能源。地下封存需要找到适合的地质储层，并确保封存过程中二氧化碳不会泄漏到地表或水体中，保证封存的稳定性和安全性。b.法规和公众接受度。碳捕获和封存技术的推广还涉及法规政策和公众的接受度。目前，尚缺乏相关的法规和政策，限制了碳捕获和封存技术的大规模应用。公众对于封存地点的选择、环境影响和风险认知等问题也存在一定的担忧。c.政策支持和合作机制。越来越多的国家和地区开始重视碳捕获和封存技术的应用，制定政策和引导措施，提供政策支持和资金保障。同时，国际合作机制也有助于促进该技术的推广和应用。

(3)生物质能源

①生物质资源的现状。生物质发电是利用生物质中的生物质能进行的发电，是可再生能源发电的一种，包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电。《中国能源》2021-09-162448刊期回顾了我国生物质能产业十五年来的发展历程，并在此过程中取得了显著成绩。至2020年末，从全国来看，以农林业废弃物为燃料，总投资为1330亿元，已建成和投产的直燃式生物质发电厂452座，总装机容量1330万千瓦，年发电量510亿千瓦时，年上网电量446.2亿千瓦时，年利用原料7000万吨，年度农民增收200亿元。截至2020年末，以城市生活垃圾为燃料的总投资约为3250亿元，已建成并投产的631座直燃式生活垃圾发电厂，总装机容量1533万千瓦，年发电量778.3亿千瓦时，年上网电量642.9亿千瓦时，年处理垃圾量1.4亿吨[3]。从这一点来看，生物质能工业的发展为精准扶贫、生态环境治理以及温室气体减排做出了很大的贡献。

②生物质资源的转化技术。A.直接燃烧技术。目前，最简单的方法是直接燃烧，但该方法的转化率很低，污染也很严重。在国内，采用的是传统的燃烧木材的方法，热效率只有5%～10%。推广节柴灶，可以使节柴灶具的热效率提高20%～30%，节省木材30%～50%，是一项技术简单、易于推广、效益明显的节能措施。目前所研制的生物质压块燃料，其热效率高、环境友好。B.热化学转化。生物质能的热化学转化指的是在一定的温度和条件下，用化学方法将生物质气化、炭化、热解和催化液化，生产燃料（气态、液态）和化学物质的技术。主要采用气化法，热分解法，有机溶剂萃取法。C.生物化学转化。生物化学转化是利用微生物的发酵法，将生物质转化为液态或气态的能源。这是一种新型的生物燃料-生物质-乙醇的制氢工艺。

③生物质能源的应用。A.生物质热能的利用。生物质热能主要用于供热、供暖和工业用热等。木材、秸秆等生物质资源可以直接燃烧，产生热能，替代传统的煤炭和天然气热能。B.生物质电力的生产。生物质发电是通过生物质的燃烧、气化或发酵得到热能或燃气，进而驱动发电机发电。生物质发电可以代替传统的化石能源发电，减少碳排放。

(4)生物质能源的发展前景与挑战

生物质能源具有庞大的资源储量和广阔的应用前景。随着清洁能源需求的增加，生物质能源将成为能源结构转型的重要组成部分。生物质能源的开发利用将促进经济的可持续发展和环境的友好保护，不过也面临一些挑战与问题，例如资源的获取与保障、生产技术与成本的优化、环境污染问题等。需要进一步加大科研和技术创新力度，解决这些问题，推动生物质能源的可持续发展。赵思语等人在文章《我国生物质能源的空间分布及利用潜力分析》中指出：当前，我国生物质资源总量位居世界之首，但总体而言，生物质资源具有区域差异大、不平衡等特点。农业资源以华东地区、华中地区、东北地区及华北地区为主；其中，华东、华南地区的森林面积最大；工业废弃物主要分布于华东、华中及华南；从东西部来看，城市生活垃圾具有较强的空间集聚性；但目前，我国畜禽粪便主要分布在西南、华中和华东地区，而这些地区又是畜牧产业比较发达的地区。通过对我国生物质能源的开发与利用现状分析，指出我国生物质能源的总体利用率较低，有较大的发展空间。

4.以科技创新促进节能减排管理机制的研究

（1）推进制度建设与体制改革。首先，推动和使用节能减排技术，必须建立相应的体制机制。为此，有关部门必须强化制度建设，推进机构改革，营造一个良好的社会氛围。在此基础上，可以建立一个试点单位，并根据实际需要，建立一个专门的组织，对大多数的企业进行科学的引导。其次，更多地关注各部门之间的联系，从而促进节能减排技术的实施。例如，大宗固体废物的消减，是实现节能减排技术的重要环节，它必须由多个部门共同推动，还必须有科学和健全的机制来支持；最后，要积极推进能源制度的改革，要化解有关产业的进出口矛盾。

（2）加强对节能降耗技术的科技攻关。在大型范围内推广一系列关键的节电技术，并对一批先进的节电技术进行重点示范。强化对节能降耗的关键与共性重大技术的研究与开发以及推广应用的追踪与管理，并进行一系列的调查与询问。加强对具有公益性和公共性的先进节能技术的推广和应用。在积极引导和扶持企业作为技术创新的主体的同时，也要发挥科研机构以及整个社会的创新能力，促进以企业为核心的产学研用相结合。

（3）淘汰落后技术、工艺和装备。在现代企业中，应该按照“强制淘汰一批，全面推广一批”的原则，对生产设备展开调查与评价，并制定出高耗低效设备的更新淘汰清单和适用技术的推广应用清单。与此同时，对那些被国家明令禁止的、数量庞大、效率低下的高消耗、低效率的装备，也应该以公司的具体状况为依据，采用分期、分批的强制淘汰的方法。除此之外，企业还应该主动引进技术成熟、高效低耗、适用性强、效果显著的技术、设备和工艺，从而达到从源头上对“高耗、高排”的现象展开有效的控制。

（4）加强节能减排技术服务体系建设。依靠骨干企业和有关的高等院校和研究机构，培养以研究和开发为目的的节能减排技术队伍，以综合、推广、应用为主的省级工程技术研究中心、企业技术中心、节能减排专业服务机构或组织，支持企业加大节能减排科技创新力度，促进先进适用技术集成和扩散。积极发挥协会、节能服务组织在节能减排方面的功能，为节能减排提供技术服务、咨询和培训。

（5）加强对节能减排科技创新的调研与宣传力度。持续开展诸如走访和调查等对节能减排技术创新示范企业进行专项宣传。努力创造“从我开始，从小事开始”的良好氛围，从日常开始，以身作则，“科技支撑、社会参与、全民动员开展节能减排”的工作局面，形成良好的社会氛围。