清華新聞網(wǎng)5月9日電 近日，清華大學(xué)化工系朱兵課題組與合作者在中國(guó)化石資源代謝模式研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展。研究以宏觀系統(tǒng)性方式定量刻畫了化石資源在中國(guó)化工行業(yè)復(fù)雜生產(chǎn)過程網(wǎng)絡(luò)中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和流動(dòng)，為深入理解中國(guó)化石資源代謝模式及化工行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型路徑提供了科學(xué)模型和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
對(duì)煤炭、石油和天然氣等化石資源的利用是人類社會(huì)工業(yè)化進(jìn)程的主要驅(qū)動(dòng)力。從全球來看，目前有約90%的化石資源作為燃料使用（例如火電、燃油等），另外約10%主要用于化工行業(yè)，作為生產(chǎn)塑料、化學(xué)品和化肥等的原料。而隨著氣候治理推進(jìn)，各國(guó)已達(dá)成在能源系統(tǒng)中轉(zhuǎn)型脫離化石燃料的共識(shí)，化石資源的燃料-原料利用比例未來可能會(huì)發(fā)生很大變化。但是，目前對(duì)化石資源代謝模式，尤其是化石資源作為原料利用的物質(zhì)流網(wǎng)絡(luò)的量化研究并不深入，主要緣于相關(guān)產(chǎn)品和過程的多樣性和復(fù)雜性。
對(duì)中國(guó)而言，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)要求控制化石能源消費(fèi)，化工行業(yè)在這一進(jìn)程中扮演關(guān)鍵角色，如煉化行業(yè)正在有序推進(jìn)更高水平煉化一體化和“減油增化”轉(zhuǎn)型升級(jí)，化石資源原料利用占比將持續(xù)增長(zhǎng)。中國(guó)化工行業(yè)總量大、產(chǎn)品種類多、生產(chǎn)工藝復(fù)雜，詳細(xì)刻畫化石資源作為原料在中國(guó)化工行業(yè)復(fù)雜生產(chǎn)過程網(wǎng)絡(luò)中的物質(zhì)流動(dòng)情況，是全面理解中國(guó)化石資源代謝模式和化工行業(yè)未來發(fā)展變革的重要基礎(chǔ)。
2017年中國(guó)化工行業(yè)化石資源原料利用物質(zhì)流動(dòng)
研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了包括7種初級(jí)化學(xué)品、48種中間體及終端產(chǎn)品的71個(gè)主要生產(chǎn)工藝的中國(guó)化工行業(yè)復(fù)雜生產(chǎn)過程物質(zhì)流網(wǎng)絡(luò)模型，在宏觀尺度上詳盡闡述了2017年中國(guó)煤炭、石油和天然氣等化石資源向終端化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程物質(zhì)流動(dòng)，并估算了初級(jí)化學(xué)品生產(chǎn)過程的直接和間接二氧化碳排放。研究顯示，2017年中國(guó)化工行業(yè)為原料用途加工了約1.8億噸煤炭、8900萬噸石油及1300萬噸天然氣，分別占中國(guó)煤炭、石油、天然氣總消費(fèi)量約5%、15%和7%；2017年中國(guó)初級(jí)化學(xué)品生產(chǎn)過程二氧化碳排放量約為6億噸，直接和間接排放各占約一半。研究通過中國(guó)化工行業(yè)復(fù)雜生產(chǎn)過程網(wǎng)絡(luò)模型，定量追溯了化工產(chǎn)業(yè)鏈上各級(jí)產(chǎn)品的化石資源原料投入強(qiáng)度和不同來源工藝路線占比。
氣候變化背景下化石資源代謝模式正在發(fā)生深刻變革，化石資源未來將更多發(fā)揮材料屬性而非燃料屬性，化工行業(yè)在這一轉(zhuǎn)型過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。研究者開發(fā)的中國(guó)化工行業(yè)復(fù)雜生產(chǎn)過程物質(zhì)流網(wǎng)絡(luò)模型為理解這一轉(zhuǎn)型提供了堅(jiān)實(shí)的模型和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)：一方面，化石資源原料利用的物質(zhì)代謝細(xì)節(jié)大大促進(jìn)了對(duì)于中國(guó)化石資源代謝模式的認(rèn)識(shí)；另一方面，有助于連接化工行業(yè)供給側(cè)和需求側(cè)解決方案，進(jìn)一步探索行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑和服務(wù)管理決策。
5月8日，相關(guān)研究成果以“追蹤中國(guó)化石基塑料、化學(xué)品和化肥生產(chǎn)”（Tracing Fossil-Based Plastics, Chemicals and Fertilizers Production in China）為題，發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。
清華大學(xué)化工系2016級(jí)博士、挪威科技大學(xué)能源與過程工程系博士后蔣萌和清華大學(xué)化工系2021級(jí)博士生曹煜恒為論文共同第一作者，清華大學(xué)化工系教授朱兵和挪威科技大學(xué)能源與過程工程系教授埃德加·赫特威奇（Edgar Hertwich）為論文共同通訊作者。清華大學(xué)化工系教授胡山鷹、副教授陳定江、2019級(jí)碩士江健、2020級(jí)博士生任鈺成和2023級(jí)碩士生于賀江參加了該研究工作。論文的合作者還包括中國(guó)石化化工銷售有限公司高級(jí)專家劉長(zhǎng)功、石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院能源化工處副總工程師溫倩、中國(guó)人民大學(xué)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)學(xué)院副教授周文戟。
研究得到清華大學(xué)-中國(guó)石化綠色化工聯(lián)合研究院支持項(xiàng)目、歐盟“地平線歐洲”計(jì)劃、化學(xué)工程聯(lián)合國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（清華大學(xué)）的支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-47930-0
供稿：化工系
題圖設(shè)計(jì)：李柳依
編輯：李華山
審核：郭玲
