减排背后的能耗代价不容忽视

　　节能减排已成为当今全球最为关注的焦点和主题之一，但频繁出现在人们面前的节能与减排却是一对矛盾体，节能可以减排，但减排往往是耗能的。出席以“过程工业减排中节能机制的若干科学问题”为主题的第363次香山科学会议的专家指出，减排与节能有着密不可分的联系，倘若忽视这种联系，则会导致减排与节能的相背离，节能减排的国策也将难以落实。

　　减排背后的能耗代价不容忽视

　　我国“十一五”规划纲要对单位GDP能耗明确提出了降低20%的指标，但对减排指标仅提出化学需氧量（COD）以及SO2排放总量减少10%，但这一减排量背后的能耗代价及节能机制未被重视和揭示。

　　过程工业是通过物质的化学、物理或生物转化，制造新的物质产品，涉及化工、石化、能源、冶金、医药、食品、建材、核技术、生物技术等工业领域。

　　会议执行主席、南京工业大学教授陆小华在题为《减排过程的节能机制》的主题评述报告中说，目前我国能源消费总量仍然庞大，节能减排形势依然严峻。我国过程工业产生的GDP已超过总量的1/6，而能耗却超过50%，同时，过程工业更是污染大户，产生的污染物种类繁多，处理的难易程度和能耗高低相差甚远，如一方面极低浓度的难降解有机毒物虽然COD不高但毒害极深，处理能耗也极高；另一方面，企业为了达到国标小于100ppm的要求，却耗费很多能量来降解一些COD很高但毒性却并不高的污染物。如何在过程工业减排中实现有效节能，已成为解决我国能源与环境问题的关键因素。

　　浙江大学工学部化学工程与生物工程学系教授雷乐成介绍，我国是第一纺织印染大国，2007年生产总值达到3万多亿元，占GDP增加值的11.6%。作为传统的轻工业，纺织印染同时也是耗能、污染大户。据统计，2007年印染废水的年排放量达到23亿吨，在所有工业行业中位列第六。纺织印染工业过程水平落后、技术装备较差，印染企业废水排放量大。有研究表明，由过程工业带来的废水中污染物的减排需要很高的能耗，且随着COD指标降低，其处理能耗大幅度增加。

　　目前绝大多数城市工业园区采用的集中污水处理方式，实际上是将不同浓度的污水混合，然后再分离污染物，违背了科学原理。专家认为，过程工业减排途径存在多样性、复杂性，污染和减排的能耗相互转移、转嫁。因此，在生产过程中考虑减排，要多种方法组合优化，实现资源的梯级利用；末端治理中，要根据毒性选择性去除污染物。中科院化学所教授赵进才认为，目前根据COD等制定的减排指标并不科学，必须重视含低浓度、高毒性、难降解有机污染物废水的深度处理，开发根据毒性选择性消除污染物新技术具有重要意义。

　　专家指出，目前国内外推行的绿色化学“零排放”，在实现资源有效利用、减少污染的同时，往往忽略了它所消耗的高能耗代价，针对我国过程工业发展带来的高污染累积总量的国情，减排中的节能问题尤为突出。目前已有研究成果只考虑物料衡算或能量衡算，未能对开放体系、复杂物质、极端条件作定量描述，因此并不能真实评价过程工业节能减排的实际效果。

　　评价过程节能减排的科学标准亟待建立

　　目前，由于国内外缺少定量描述减排不同污染物所需的能耗数据，导致难以针对不同污染物提出科学、合理、定量的减排指标，也难以真正定量地评价过程工业节能减排的效果、给出科学的解决方案，这给减排国策的最终落实带来了极大的困难。缺少综合的路线评价指标与体系已成为减排面临的一个重要问题。

　　会议执行主席、西安交通大学教授冯霄报告中指出，建立科学、系统的节能减排分析方法是确保实现节能减排的基础。节能可以同时获得减排效果，而单纯的减排过程却会增加能耗。这两个目标不一定同向。节能减排可以通过过程重构、集成、优化而从源头实现，同时也往往需要辅以末端治理而满足环境需求，因此是一个资源、能源、环境、经济和社会协调的多目标全局最优问题。关于过程工业的节能问题，国内外普遍认为，在科学与技术上主要是利用有效能的概念，让能源最大限度地梯级使用，如强化过程传热等。

　　中国石油大学教授陈光进认为，减排过程多数为组成高度不对称体系，即需减排的有害组分含量很低，由热力学熵增原理可知，该分离过程极难进行，需要超强推动力，即要耗极高能量才能进行。实际能耗主要来自过程的不可逆性，如何降低过程的不可逆性成为分离过程节能的瓶颈，因此在选择和设计分离过程时，应尽量避免占绝大多数的无害组分的状态发生显著变化。

　　陆小华说，由于过程工业的减排以及新能源开发利用中体系极其复杂，具体数据严重匮乏，至今还没有研究者针对减排中的节能问题建立相关模型和参数，难以为传统化石能源利用和新能源开发利用过程的经济性和可持续性进行科学、全面、定量的评估，需要发展新理论、新方法，利用新技术、新数据。会议执行主席、香港大学陈光宇教授分析了电化学方法在节能减排中可发挥的重要作用以及面临的挑战，并提出性能优异的材料和电解液的研发是推进电化学反应的关键。“建立评价过程节能减排的科学标准迫在眉睫。”中国科学院院士、华东理工大学教授胡英说。

　　获知热力学效率极限意义重大

　　目前，国外研究者已开始意识到需要利用热力学将节能与减排进行耦合，美国著名工程热力学专家Cengel提出了能源效率和绿色化学的定性关系，并指出在绿色工程的研究中需要发展技术以提高过程的能量效率。

　　陆小华认为，热力学是解决节能减排这一对矛盾的最佳工具，该学科的根本任务就是给出物质和能量的最大利用极限。有了极限就知道哪些可为、哪些不可为，还有多少潜力可挖。从原理上讲，热力学就是为节能减排而生的，它最擅长解决节能与减排的矛盾，即解决复杂体系中同时存在的能量和物质转换效率问题。

　　会议执行主席、清华大学教授费维扬指出，热力学原理是永恒的，需要针对节能减排的迫切需求，发展适用于复杂系统的模型和参数，从而真正指导过程工业和新能源产业的节能减排。胡英教授认为，节能减排机制的核心科学问题是热力学效率和过程速率，它们对应的就是指标和时间。如何利用热力学具有可预测性的优势，发展非平衡热力学在节能减排重要课题中的应用是目前面临的瓶颈。

　　与会专家认为，找到热力学的极限意义极大，也是建立科学评价标准的第一步，既可避免制定出盲目的、违反客观规律的行政指令和国家标准，又为挖掘节能减排潜力指明了方向。需要针对节能减排的迫切需求，发展适用于复杂系统的模型和参数，建立科学、系统的节能减排分析方法，从而真正指导过程工业和新能源产业的节能减排。

　　与会专家认为，减排国策难以真正落实的科学层面问题是：节能与减排、过程速率与热力学效率是矛盾体，需要面对节能减排发展化学工程新理论、新材料、新方法和新技术。专家建议将过程工业与新材料和新能源工业进行耦合，结合过程的速率和效率进行科学、客观、定量的评价，为我国过程工业复杂多变的污染物治理节能潜力和机制研究提供科学判据，从而为政府制定科学的决策提供有力的支撑和理论依据。