碳一化工——支撐未來能源和化工產業綠色可持續發展的重要基石

2020-08-28 天然氣與碳一化工

1 碳一化學概念的提出與碳一化工技術的興起

碳一化學，亦稱一碳化學或C1化學，這一概念是由日本的研究人員在上世紀70年代首先提出的，起因是源於當時的石油危機，當時的主要目的是要利用豐富的煤炭資源經過合成氣（CO+H2）替代石油合成燃料和化學品。目前這一概念已被全世界廣泛接受。從概念提出到目前的數十年裡，立足於碳一化學基礎研究之上的碳一化工技術得到了廣泛和深入的發展，並已形成了規模巨大的碳一化工產業。

碳一化學以分子中只含一個碳原子的化合物為研究對象，如一氧化碳（CO）、二氧化碳(CO2)、甲烷（CH4）、甲醇(CH3OH)、甲醛（CH2O）等，包括它們的製取（提純）、化學轉化以及加工利用。

甲烷是天然氣（包括常規天然氣和非常規的頁巖氣、油田伴生氣、煤層氣、可燃冰等）的主要成分；煤炭、石油、天然氣、生物質可以轉化為合成氣（CO+H2）；在各種工業生產過程中排放數量巨大富含甲烷（如焦爐煤氣、蘭碳尾氣、垃圾填埋氣、沼氣）、一氧化碳（如高爐氣、轉爐氣、電石爐氣、黃磷尾氣、碳化矽尾氣）和二氧化碳（如煤化工、水泥、火電廠等的工業排放氣）的氣體。因此，碳一化工的原料來源非常寬廣和豐富，各種含碳的化石能源、生物質以及工業排放氣，都可以藉助碳一化工技術加以利用。

隨著碳一化學研究的深入發展和碳一化工技術的不斷進步，越來越多的碳一化工新技術已獲得工業應用，並創造了良好的經濟效益和社會效益。

2 碳一化工的主要領域和產業鏈

碳一化工的主要領域和產業鏈

3 碳一化工當今可為、永世可續

(1) 當今和未來相當一段時期，採用碳一化工技術將天然氣轉化為高附加值產品以及對煤炭進行清潔利用大有可為，且這是實現石油替代的極為重要途徑；

(2) 碳一化工技術可對大量工業排放氣的碳資源進行有效利用，實現碳減排，取得良好的環境效益和經濟效益；

(3) 生物質可為碳一化工提供豐富且可持續的原料，隨著石油、煤炭和天然氣等化石燃料的日漸消耗、枯竭，生物質基碳一化工的地位將日益凸顯，其可實現負碳或零碳排放，環境效益優勢明顯，目前在少部分領域也已有競爭力；

(4) 基於生物化學的生物碳一化工技術目前在個別領域已可與基於熱化學的傳統碳一化工技術競爭，隨著生物技術的不斷進步，未來前景光明；

(5) 技術的不斷進步使得綠色電能的生產成本不斷降低，風電、光電、水電等綠色電能將逐步主導未來的能源市場，電化學碳一化工將綠色電能與碳一化工緊密結合，將會成為人類社會永世可持續發展的重要基石。

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