【方案】2026低碳工业过程变革及系统重构方案

低碳工业过程变革及系统重构在一、国家双碳战略二、工业体系重构三、工业技术变革四、建议与展望提纲1

国家双碳战略碳源(400亿吨CO₂/年)二氧化碳排放量与吸收量达到平衡，即净零排放排放量

=

自然过程吸收+

人为努力利用减碳化石燃料利用和土地利用等陆地生态系统、海洋等固碳人工方法将二氧化碳收集、利用或封存全球变暖威胁人类生存土地利用

化石燃料利用引自：侯建国，“强化科技创新为绿色低碳发展提供坚实支撑，2022年7月煤油天然气1美国

23%委内瑞拉

18%俄罗斯19%2俄罗斯15%沙特阿拉伯

17%伊朗16%3澳大利亚14%加拿大

10%卡塔尔12%4中

国

13%伊朗9%土库曼斯坦10%5印度

10%伊拉克8%美国7%前五总和75%62%64%世界经济将从资源依赖型走向技术依赖型全球风光资源潜力分布Global

Wind

Atlas,Global

Solar

Atlas全球风光资源分布较为均匀全球化石能源分布极不均匀56的引自贺克斌院士报告光风24解204■2020年9月22日，第七十五届联合国大会应对气候变化《巴黎协定》代表了全球绿色低碳转型的大方向，是保护地球家园需要采取的最低限度行动，各国必须迈出决定性步伐。中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，CO

₂

排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。中国双碳重大战略2020,宣布双碳目标：

2030碳达峰，2060碳中和202

0年9月，习近平在第七十五届联合国大会

一般性辩论上的讲话碳中和→系统重构20502060数据来源：BPEnergy,清华大学气候变化与可持续发展研究院2020

20302040

年份1201101009080706025保持现今政策强化相关政策

严格减排政策亿吨Co75亿吨----~现有工业模式导致碳失衡交通(碳排放10亿吨)建筑(碳排放5亿吨)其他(1亿吨)工业生产(碳排放39亿吨)建材(14%)

钢铁(12%)

化工(10%)

有色(3%)能源生产(碳排放45亿吨)化石能源为主(85%)13亿吨100亿吨生态系统固碳碳汇(~13亿吨)~低碳工业技术变革解决碳失衡碳汇(~20亿吨)生态系统固碳CCUS

(~5

亿吨)工业固碳能源生产(碳排放～10亿吨)可再生能源为主(85%)重构能源体系工业生产(碳排放~15亿吨)钢铁/化工/有色/建材…低碳变革性工艺交通/建筑/其他(碳排放<1亿吨)25亿吨25亿吨亿吨3

亿

吨5亿

吨控碳减碳低碳·

可靠低成本的新能源提中和·

已有电力及工业装置继续

运行·

新建装置全部低碳(低于现有水平5-10%)·

新能源发电成本降低，

占比大幅提高·市场调节使燃煤燃油规·

碳排放增加控制5%以内模逐步萎缩·

工业结构调整减碳，新建工业装置全面电气化供廉价电力，占主导·

大幅推进低碳工业改造，碳排放降低50-60%·

新能源电力系统全面建成

，工业结构方式低碳

运

行

，CCUS减碳发力，

稳步实现碳中和我国零碳目标“四步走”的设想20202025E2030E2035E2040E2045E2050E2055E2060E20~25亿吨100XZ■

d

out-foutdin-foutdin-fbalanceddout-fhalancedNoData不同区域、不同行业间碳排放转移流量很大需统筹考虑、多端发力，避免出现碳排放向某一地区或行业集中Han

M,et

al.Science

China

Earth

Science,2020,63(6):852区域碳中和vs.碳排放转移中科院发布科技支撑“双碳”战略行动计划2022年3月2日重点

化石能源高效清洁技术

可再生能源技术

先进核能技术

任务

储能与多能融合技术

双碳技术综合示范

固碳增汇技术中科院发布“科技支撑双碳战略行动计划”2

工业体系重构电力：~45亿吨工业：~39亿吨交通：～10亿吨建筑：~5亿吨其他：~1

亿吨我国碳排放主要来源各行业直接排放，不重复计算；2021能源消费总量52.4亿吨标煤，85%化石能源~100亿吨CO₂碳中和：“三端发力”大系统资源循环利用CO₂捕集转化及封存工业过程减碳是重中之重产能端电热气二化石能源风光电

核/水电碳汇端生态碳汇□森林固碳土壤固碳

海洋固碳化工化学品/材料消费端低碳工业过程钢

铁低碳工艺有色铝/硅/铜建材低碳水泥绿电绿氢工业过程是国民经济和社会发展的基石矿物资源

工业过程

产品制造占我国GDP20%,

工业产值50%日化产品

建筑建材制造业的根基

产业链的中枢

实体经济的核心装备制造高端制造消费品制造国防军工新能源交通数控机床食品饮料高端装备航天航空电子产品医疗药品煤

炭石

油

天然气光伏硅合成

氨聚

合铝

合

金铝材高

纯

铁特种钢钢铁有色水泥玻

璃高

端树

脂烯烃芳

烃合

金

钢陶瓷纤维物工业碳排放重点行业工业过程碳减排是“重中之重”,分析碳排放源及减排路径支持发展重大变革性技术，制定技术路线图，推进重大应用示范工业碳排放占我国GDP20%,工业产值50%,占碳排放总量~39%(直接)有色3%建材14%化工10%钢铁12%热

太阳光

太阳热电

绿电生物碳原料

生物气低碳重塑三要素：能源原料流程热电(CO+H₂

)化石

能源原料

C、COM16亿吨

总排碳CO39亿吨13亿吨烯烃/芳烃汽柴油(80%)

灰氢化石能源驱动的传统工业体系钢材铝材水泥[CH×Oy]nNH₃建材一

CaCO₃原油

化工煤/天然气电/热熔盐电解10亿吨石油炼化煤制氢合金化高温合成[0]高温高压合成N₂工业过程有色钢铁磁化焙烧MOx拜耳法CaO电氢驱动的智能化工业体系钢材铝材水泥[CH×Oy]nNH₃有色建材化工氢能太阳能电催化等离子体膜分离CaCO₃原油空气CaO~60%烯烃/芳烃C减碳30-50%[0]光

电

催

化富氢炼铁低温电解惰性阳极×→

汽柴油N

₂电炉炼钢纳微结构工业过程钢铁MOx亚熔

盐流化焙合成气废

渣蓝

氢电M烧革新技术电氢驱动还原Fe₂O₃+H₂→

FeO+H₂O

FeO-Fe+O₂低碳电解Al₂O₃

→Al+

O₂低碳水泥CaCO₃+CH₄→CaO+CO+H₂绿氢绿电低碳工艺原油→化学品(80%)N₂+

H₂

→

NH₃现有技术焦炭还原Fe₂O₃+C→

Fe+CO₂熔盐电解Al₂O₃+C一Al+CO₂石灰石煅烧CaCO₃→CaO+CO₂高温高压热驱动原油→汽柴油(80%)N₂+C+H₂O→

NH₃+CO₂工艺变革：热碳驱动→

电氢驱动钢铁有色建材化工M减碳30-50%CO.H₂低温电解

情性Ca0~60%烯烃/芳烃氮能太阳能电催化膜分离[CHOy]nNH₃原油空气铝亚熔盐×

→

汽柴油流

化

墙

点水泥MOx合成气康

渣蓝

氢[0]N₂现状煤油气驱动高能耗高物耗高排放碳排放39亿吨(全国总碳排100亿吨)工业碳中和解决思路未来(2060)电氢驱动低碳化集成化数字化碳排放15亿吨

减碳~60%热碳驱动单一过程半经验调控电氢驱动耦合再造智能优化工艺变革

系统变革

数字变革介科学理论流程再造Po116Lv70YbCI117Ts71Lu2HeNeAr86Rn118Og◆电动汽车元素种类超过50种◆每辆车中含量超过1kg的金

属元素包括Li、Mn、

Fe、

Co、Ni、Cu、AI、Pb◆电动汽车还含有一些毒害性

物质如Pb、Hg、Cd以及溴

系阻燃剂

(BFRs)Content

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Nh58

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63

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6567Pr

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Eu

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99

ThPa

NpPuAm

CmCf新能源产业：化工冶金支撑33As83115Mc69Tm101Md75

76

77

78

79Yano,J,Xu,G.,Liu,H.,etalJ.Mater.CyclesWasteManag.2019,21,148811468Er100Fm19K87FrBeMg3Li11

Na103Lr102No89Ac1

H系统变革：单一过程→耦合再造H₂/

气化

渣/粉煤灰建材CaCO₃+CH₄→CaO+CO+H₂合成气(催化制化学品)沥青/石油焦

(阳极材料)钢

厂

尾

气(

燃

料

乙醇的

原料

)钢渣(替代原料)有色H₂

(氢

冶金)合成

气冶金化工、钢铁钢铁低碳示范区电氢冶金-化工联产-低碳建材百万吨级复吹电炉强化钢铁冶炼十兆瓦级余热余能高效回收利用能碳双控智能调控与CCUS集成高炉高效低碳数字智能优化石化低碳示范区原油低碳裂解-高端化学品-CO₂循环利用10万吨低碳烃制化学品工艺智能优化20万吨级CO2低碳转化示范10

万吨级聚碳/聚醚绿色工艺

十兆瓦级余热余能发电技术绿色低碳工业集成技术示范区化工低碳示范区光电合成氨-氮磷循环-化工材料干吨级绿氢/光电驱动合成氨30万吨磷石膏硫/钙分解循环百万吨级多固废制低碳水泥化工碳流智能优化与区域碳监控19721976

1978

19871993逐步试验放大一步智能放大经验优化，研发周期长、排放多

智能优化，研发周期短、排放少数字变革：半经验调控→智能调控介科学理论及方法数字智能工厂实验室R小试

实验工程化历时数年现有技术革新技术工业化中试示

范研究所智能平台

总体展示研究领域能源/资源/生化/材料/环境……介科学智能调控化材米计打造智能化科研及演示平台化成职属示智能团队建设研究部/项目组/特色成果智能化流程控制-49010.7%工业过程系统集成及多目标优化296DM3

到McaWSythrgmRoPait80具Cadwr炼油厂-热电厂-煤气化-燃油合成-CO₂

吸

收/存储-强化采油-废水处理-水产养殖工业生态共生系统

网络拓扑图经济-环境-产率多目标优化复杂系统碳流-氢流图系统优化前后绿色度物流能流图22145gnEnergyconsump.(GJ)Greendegree(GD/h)氢流图碳流图.121-47029TomstDyos0Farnal688Wae迫切需要从理论到系统的原始创新工艺变革电氢驱动新原理智慧系统跨行业耦合、大数据优化原创技术少流程固化、逐级放大单一过程耦合度低、碳排高问题

策略工艺系统过程再造三传一反

统计平均理论介科学机理模型理论3

工业技术变革建材

低碳水泥发展原料燃料替代和工艺革新技术；推动钢铁、有色、化工、水泥等高碳产业生产流程零碳再造工业低碳变革性技术体系高品质钢高纯金属化学品冶炼渣资源化副产氢利用钢铁有色化工过程耦合智能优化煤焦

炭炉碳减排关键高炉

氧气炉合成气/氢冶金钢回用电炉短流程3.1钢铁行业低碳变革2020年世界钢铁产量分布数据来源；中国钢铁工业节能低碳发展报告特点：碳作为还原剂和热源工序焦化烧结炼铁炼钢其他排碳占比4.411.573.68.71.8我国钢产量10.6亿吨，占全球57%,总排碳14.5亿吨，其中直接排碳12.3亿吨直

接

粉

碎结钢铁行业主要碳排放环节铁

矿

石烧石

灰

石废料石灰

和

溶

剂其他政洲国家欧

盟

(

2

8

)其他地区其他亚洲国家中国57%日

本印度电炉钢铁工业Co排放峰值线产业结构调整：45%流程结构调整：3%关键共性技术氢冶金):9%

智能制造：7%我国钢铁行业碳中和可能途径需求降低高炉改进

废钢短流程氢冶金节能、智能化等年份钢铁行业“碳达峰”“碳中和”实施路径研究，中国冶金，2021,31[9]:15-20▶合成气冶金：合成气还原替代焦炉炼铁氢冶金：氢气还原替代焦炉炼铁短流程(废钢回用):电炉替代长流程高炉-转炉炼钢20212030

204020502060集中攻关

工业示范

推广应用变革路线炼铁炼钢富氧燃烧、钢化联产及余热利用钢铁+

C(S)→Fe(s)+CO₂(g)

高炉炼铁+H₂(g)→Fe(s)+H₂O(g)

“氢冶金”熔融电解Fe(1)+O₂(g)溶液电解H₂SO₄

→

Fe+(H₂SO₄)炼铁可能路径规模、成本!FeOxFe氢冶金新流程CO₂高效吸收分离CO+H₂CO₂Fe₂O₃

+CCO/H₂

H₂Fe铁矿粉Hot

ORICompactor催化剂电加热金属基H₂钢-化结合可再生

能源制氢流化床烟气治理精

炼电炉-EAF废钢、城市

矿产COG/CO+

H₂O连

铸产

品轧

钢BriquetingRefomerNGNatural

Pre

haaterProcess

Ges

Systematuidlcam+Hot

DRIHout

Recovery富氢气体炼铁流化床工艺FINMET:1991

年，奥钢联公司及FIOR公司FINEX:1992年，浦项钢铁及西门子奥钢联公司气基竖炉工艺Midrex:1966

年，美国表面燃烧公司HYL:20世纪50年代初，墨西哥希尔萨公司氢气浓度55-80

%最大250万吨/套/年年产量超过9000万吨DRIFINMET110

万吨/套/年

FINEX

200

万吨/套/年C(煤)+H₂O→

H₂+CO

₂

CH₃OH+H₂O→

H₂+CO₂煤制氢CH₄+H₂O→

H₂+CO₂产氢技术：经济性与碳排放0

10

20

30

40制氢成本(元/kg

H₂)40化石能源制氢(90%)

氨制氢NH₃

→

N₂+H₂弃电

水电

光

伏

风

电绿电制氢3020100H₂O

→

H₂+O₂市电C

O

，

排

放

(

k

gC

O

,

/

k

gH

,

)我国钢铁高炉长流程占比>90%,短流程电炉钢占比低、原料单一。高端特钢多由电炉生产，中国大型电炉依靠进口，高端特钢占比<5%,是卡脖子技术之一。煤

焦炉钢铁行业短流程低碳再造转炉

连铸短流程技术挑战·大型电炉国产化·

适应原料多样化·

高质钢研制生产·

绿色智能化过程铁矿粉可再生能源直接还原铁废钢高炉竖炉电炉长流程减碳40%短流程烧结机5.0碳排放82%0.36铜工序铝土矿氧化铝18.5%电解铝80.6%铸造细分热能电力阳极电解排碳占比0.310.97.6377.60.63.2有色行业低碳变革特点：高温电解、碳还原

碳减排关键：

惰性阳极、低温电解电解铝产量3700万吨排放CO₂4.2亿吨(含电~3亿吨)

数据来源：

AluminumSectorGreenhouseGasPathwaysto2050-IAI我国十种有色金属产量6168万吨，电耗约占全国7%,共排碳~6.5亿吨，其中直接排碳~2.5亿吨电解铝及氧化铝为主要碳排放环节0.71CO₂氧化铝

炭素铝土矿0.011CO₂电解铝11.7tco

₃丙生铝02tCO₂0.27硅0.2

4镁0.

07

铅碳

排

放

量

(

亿

吨

)0.16锌4钾/钠系亚熔盐技术高端氧化铝流化床/等离子体技术低温电解铝技术惰性阳极电解铝技术铝电解槽结构优化综合节能技术低温再生铝技术生物冶金及其他替代技术2020

2030

2040集中攻关

工业示范变革路线铝行业有色其他氧化铝电解铝再生铝20502060推广应用室温溶解

电

解AICl₃

离子液体

铝

+

氯

气<100℃电解液再生及储存电解槽(多规格)铝产品分离及清洗

铝粉干燥系统铝粉包装系统惰性阳极-离子液体低温电解铝新技术离子液体电解铝可使温度降低至100

℃以下，比传统霍尔法能耗减少50%铝

+

二

氧

化

碳AlO₂新技术

新工艺低碳电解体系Al₂O₃

→2AI+1.50₂尖晶石基惰性阳极替代炭素阳极；离子液体低温(<100℃)、低能耗且无CO₂排放下高效电解铝离子液体法工艺流程图离子液体法电

解950℃惰性阳极电解法高温熔盐950℃溶解霍尔法Al₂O₃Al₂O₃化工总消耗~13亿吨标煤(包括能耗~3.0亿吨标煤),碳排放~10亿吨其中石化3.5亿吨、煤化5.4亿吨、天然气化工及其他1亿吨2020年我国化工产值占全球43%

我国化工碳排放分布国家统计局、欧洲化学工业理事会中国科学院学部重大咨询项目《中国碳中和框架路线图研究》,2021印度韩国日本3.3化工行业碳排放天然气化工及其他11%煤化工54%石油化工35%以石油为例：我国石油消费6.6亿吨，CO₂排放15亿吨(其中交通燃油排放~11.5亿吨)3.8分析及预测◆原油多产化学品/催化技术◆过程强化及集成优化~10%◆绿电绿氢替代60%减少CO₂排放1.5亿吨不可替代原油~3亿吨2060年石化排放CO₂

~

2亿吨(不含燃油排放~1.5亿吨)汽油0.52020

2060交通燃油

航煤部分替代2060年替代原油85%(减碳~10亿吨)石化行业低碳变革1.

61.3

新

材

料

栋权纤

维树膜树2020化工材料不可替代2060年不可替代石化用原油2.4亿吨0.62020

2060石油焦0.42020

润滑油~原油催化裂化多产化学品技术煤油共炼制烯烃/芳烃技术电解水制氢-合成氨尿素技术电催化CO₂还原制合成气/醇/醚/酸技术甲烷无氧偶联制烯烃技术先进低能耗分离技术废弃物高效再生利用技术2020

2030

2040集中攻关

工业示范变革路线2050推广应用化工2060原油氢解制化学品催化裂解再生器收率~65%●

宽温区多孔催化剂●

反应-再生匹配耦合轻质组分(H/C=1.8)加氢裂化绿

H₂耗氢量：0.07吨/吨原油CO₂

碳排放：新工艺0.45→油制烯烃0.93→煤制烯烃5.8(吨/吨烯烃)烯烃

芳烃总收率~70%聚合物化学品原油(H/C=1.4~1.8)传统合成氨工艺哈伯法：高温、高压、高碳排合成CO₂H₂煤气化/重整NH₃N₂200-500

atm/700K原料H₂来源：煤制氢(180

kgH₂/tNH₃),

同时排放4.2tCO₂/tNH₃,

是碳排放主要来源合成氨反应：N₂活化难需高温导致单程转化率低；大量气体循环能耗高；三废及CO2排放量大合成氨：高碳排放我国合成氨年产量~6000万吨，占全球的30%,用于合成尿素(70%)、医药、炸药、材料等

合成氨年消耗9300万吨标煤，占化工总消耗的22%;COz排放1.8亿吨，占化工总碳排的20%合成氨新路线是学术界和工业界持续关注的热点和挑战，双碳目标更加凸显紧迫性煤

7

5%/

天然气22%空气分离空气造气构建低碳合成氨新体系原料气制备

合成氨及分离循环H₂

/

N₂

循环气电热驱动合成氨电解水

制绿氢H₂N₂空气膜分离氨分离气体循环液氨产品绿电规模储能绿电…

·

绿电、绿氢能源替代合成氨流程再造太阳能

发电气体

压缩…………………减碳建材需求量降低及结构调整节能窑炉、余热利用、过程耦合

低碳水泥技术、替代原料/燃料3.4建材行业低碳变革中国建材行业碳排放分布

水泥生产过程碳排放数据来源：中国水泥协会、中国陶瓷网、中国建筑卫生陶瓷协会，中国建材集团水泥消费量23.8亿吨，碳排放量~12.3亿吨，占83%建筑陶瓷消费量94.3亿m²,

碳排放量~0.4亿吨

平板玻璃消费量0.5亿吨，碳排放~0.3亿吨其他4%燃料燃烧原料分解67%水

泥B3%我国建材总产量~25亿吨，总排碳16.5亿吨，其中直接排碳14.8亿吨玻

璃

2

%陶

瓷

3

%石灰石膏8%发展趋势原料/燃料替代技术(电石渣等替代原料、可燃废弃物、绿氢绿电)低碳水泥技术(硅酸盐水泥、高贝利特水泥、负碳水泥)行业耦合减碳技术高效磨粉技术产品薄型化技术低温玻璃技术20202030

2040

2050

集中攻关工业示范推广应用变革路线水泥其他节能窑炉、余热利用技术建材2060熟料直接排放占比约90%,

如2020年水泥产业碳排放13.70亿吨，其中熟料直接排放12.94亿吨。

熟料生产中，煅烧工艺排放占比60%,主要为原

料(碳酸钙)分解排放；

燃料排放占比30%。建材行业主要排放环节-水泥60%碳酸盐分解30%

燃料燃烧3-5%CO₂/电

耗

9

0

%CO₂/工艺排放+燃料

1-3%

CO₂/电耗10%电力消耗参考建材院熟料矿相反应式烧成温度℃碳酸盐分解CO₂排放Kg/tCO₂减排率(估算)C3S3CaCO₃+SiO₂

→3CaO

·SiO₂+3CO₂14505790C2S2CaCO₃+SiO₂

→2CaO

·SiO₂+2CO₂125051216%C3S23CaCO₃+2SiO₂

→Ca₃Si₂O₇+3CO₂125045830%CSCaCO₃+SiO₂

→CaO

·SiO₂+CO₂125037950%新型熟料体系-碳负性水泥以C3S2、C2S、CS为主要矿相的气硬性凝胶材料钙硅比低，煅烧温度可降至1250℃碳化养护增强，可固化CO₂约150~300kg/t碳化产物为CaCO₃和高度聚合的SiO₂凝胶，类似于C-S-H凝胶，具有较高的强度参考中国建材集团郅晓报告低碳水泥：低钙硅比1000800负碳性水泥600400200硅酸盐水泥200400■

硅

酸

盐

分

解■

燃

科

燃

烧a

C02

固

定一

→

活化尾渣Cao,SiO₂→活化煤灰SIO₂,Al₂

O₃电石渣水泥熟料磷石膏CasO₄固废成分0.80.3废渣替代生产水泥高硅钙含量的工业固废(~14亿吨/年)替代原料制水泥，以替代50%计，全国每年减碳潜力~6亿吨钢渣

粉煤灰

石膏

电石渣钢铁煤电全国固废产生量(亿吨/年)低

碳

水

泥粉煤灰化工Ca(OH)₂钢渣6.06.0钢替代水泥建筑钢结构建筑相较于传统混凝土建筑更加绿色低碳、节能节水，并且具有主材可回收、装配简单、减少人工、抗震性能好等优势，被誉为21世纪的“

绿色建筑”国家体育馆-鸟巢全世界跨度最大的钢结构建筑，总

长36km,采用Q460特型钢材，保证良好的抗震性、抗低温性和焊接性武汉警神山医院广泛使用装配式钢结构建筑，12天

建成，占地面积22万m²,建筑面积7.99万m²材料总类弹性模量[Gpa]抗拉强度[Mpa]密度[g/cm³]比刚度[Gpa/(g/cm³)】比强度[Mpa/(g/cm³)]45号钢2106007.852776铝合金724202.8026151钛合金11710004.5026222ABS塑料23401.042340玻璃纤维8628002.54341102T800碳纤维29454901.811623033新型建材—碳纤维材料强化/替代水泥物理性能：低密度，高强度化学性能：耐腐蚀，且耐久性及柔韧性强施工灵活：

应变能力强，施工灵活性表现明显碳纤维作为一种性能优异的战略性新型建筑材料，密度不足钢的1/4,强度是钢的5-9倍变革技术电/热熔盐电解如：美国乔治华盛顿大学预处理/碳化如：新疆理化所碳纤维材料石油

催化

丙烯

PAN

碳纤维裂解

纤维化

石墨化问题：生产成本高、能耗高、碳排高(22tCO₂/t

产品)碳化预氧化碳纤维生产工艺：高碳排放→低碳/零碳碳纤维类型：聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶纤维、其他有机纤维太阳能CO₂捕集纺丝烟气

废气纤维素

木质素新型建筑3.5资源循环：正向过程→逆向过程正向过程原料乙烯/钢铁…逆向过程产品绿色安全循环设计

逆过程的热力学问题生命周期全过程分析产品聚烯烃/汽车…资源化石/矿产Waste

PETILsPolymerizationBHET废塑料：离子液体溶解-降解PET循环利用→

技术转让到英国获中科院科促奖→

获

CAS-TWAS绿色技术奖

→

IChemEGlobalAwardsApplicatonRE-PET分选储能市场正

极材

料退役正极金

属化合物逆过程：锂电池循环利用的热力学理论拆解分级溶解/萃取

沉淀/共沉淀锂电池必须实现全生命周期分析评价与综合利用退役三元电池

新能源汽车动力电池废旧电池：梯级循环利用绿色技术废旧电池规模2024年超30万吨，元素回收达400亿·

完全拆解、破

碎·

原材料提炼中国科学院重点部署项目/郑州市重大专项，国家专报采纳无损拆解，容量和

剩余寿命检测筛选、配

组二次利用达不到车用条件

剩余70-80%容量

从汽车上退役B梯级

利用再生

利用电池

退役人工碳循环液体燃料

化学品/材料构建碳循环大系统可再生能源地热、太阳能、风能、核能…CO₂

转化过程H/

能量载体捕工业过程人类活动CO₂

捕集与利用技术电厂烟气48亿吨CO₂(10~15%)/N₂/O₂炼钢尾气15亿吨CO₂(~37%)/CO/H₂水泥窑炉尾气17亿吨

CO₂(~20%)/N₂/O₂催化裂化尾气11亿吨CO₂(~15%)/N₂/O₂/SO/NOx有色行业尾气6亿吨CO₂(~40%)/CO/N₂中国年CO₂排放量~100亿吨，年利用量~300万吨；未来CO₂利用可达5~10亿吨碳酸酯

→

聚碳等合成气/醇/酯醇/酯/酸低碳建材驱油/驱气生物转化矿化封存热催化光电还原吸收法吸附法膜分离富氧燃烧化学链燃烧捕集

一

利用离子液体功能设计低共熔溶剂氢堵化学联合氮杂环离子液体氯

作

用金属离子液体化学作用质子离子液体缩合-羟基商子液体氯健作用建竹用

分离工艺匹配离子液体强化CO₂低碳分离技术0c→

m⁰

。

nao+○碳酸二甲酯

(DMC)

聚碳酸酯

(PC)DMC:已建2万/10万吨装置，正在建设10-50万吨工业装置，应用前景广阔PC:通

用PC/

生物基PC均已实现规模化制备，光学PC样品已通过商业验证CO2转化制DMC/PCCO₂→

碳酸乙烯酯→碳酸二甲酯→聚碳IL

cat.10万吨级离子液体催化CO₂转化合成碳酸酯工业装置CO₂

生物转化制燃料/淀粉理论上1m³生物反应器年产淀粉量≈5亩玉米地年产量未来需大力发展合成生物学技术Ma

Y.,et

al.Science,2021,373:1523IL-1

IL-2CO₂-

L-酶复合物Green

Chem.,2018,20:4339实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成

包含11步反应的非自然固碳与淀粉合成途径多酶级联反应CO₂

高效溶解活化转化底物CO₂高效催化菌株/酶甲醇燃料甲酸脱氢酶

甲

醛脱氢酶

甲

醇脱氢酶高效脱氢酶系大唐七台河电厂CO2合成油厂工艺流程简图油气传输气体分离塔参考北京天合光能报告CO₂

+H₂O→CxHy&H₂O→

H₂利用金属纳米颗粒的等离激元效应，复刻光合作用原理，利用太阳能或工业余热直接裂解CO₂

和H₂O▶在一个反应设备中同步完成所有工业步骤，将二氧化碳转化为汽油、柴油、氢等能源等离激元CO2转化技术电广烟道废气

高纯CO2电厂废热蒸汽约150°

c蒸

汽合成催化反应器CO₂

封存及驱气建立驱采大科学研究装置，实现亿立方级规模示范，提出百万吨级CO₂

封存方案CO₂

封存、驱气亟需在基础理论、关键技术、工艺及工程装备等的重大突破和创新CO₂封存技术创新CO₂驱采技术创新CO₂封存技术示意图我国可燃冰分布图4

建议与展望转型：化石能源驱动→电氢驱动+智能化新能源电氢驱动+智能化低碳智能工业社会绿色低碳智能化石能源驱动现代工业社会高污染、高排放煤油气驱动的工业/交通/建筑……电氢驱动的工业/建筑/交通/移动电源……2060碳排放~20亿吨，用电15~17万亿度2020碳排放~100亿吨，用电7.5万亿度变革发电量2.7万亿kWh折合10.8亿吨标煤核电水电发电量2.5万亿kWh

折合10.0亿吨标煤发电量3.2万亿kWh折合12.8亿吨标煤风电新兴产业光电发电量3.3万亿kWh折合13.2亿吨标煤氢需求量达13030万吨

折合标煤6.3亿吨氢能储能