为了减缓地球变暖而减排二氧化碳已形成全球共识，我国作为发展中大国，对减排
二氧化碳十分重视。为了贯彻“十二五”规划单位GDP能耗降低16%和单位GDP二氧化
碳排放降低17%的约束性考核指标，工信部和发改委、科技部、财政部联合制定的《工
业领域应对气候变化行动方案（2012-2020）》于2013年1月9日公布。该方案提出，
到2015年，单位工业增加值二氧化碳排放量比2010年下降21%以上，其中钢铁行业下
降18%。这对目前尚处于困境的钢铁工业无疑是一项十分艰巨的任务，但亦是发展模式
节能和二氧化碳减排关系密切，但按单位工业增加值计算的节能率比常规按吨钢能
耗计算的节能率的影响因素更多。工业增加值能耗=耗能量/（产品产值-原材料产值）。
由此看出，通过生产高级产品和降低原材料消耗都有利于降低工业增加值能耗，故使由
此计算的二氧化碳减排途径更多。从这一观点出发，有利于减排二氧化碳的先进节能技
1）提高高级产品的比例，特别是有利于用户节能减排的产品，其减排二氧化碳的
如日本铁钢联盟为确保实现1997年京都议定书规定全国2010年比1990年减排二
氧化碳6%的目标而制定的钢铁业2010年自主行动计划中，除规定直接节能10%的同时，
还要求间接节能达6.5%（扩大高级产品约占4%、利用废塑料100万t约占15%、利用低
温余热供社区利用约占1%）。高级产品首先有高强度钢，用于汽车、船舶等轻量化时，
既节约用钢量（间接节能），又有利于运行时节油减排；其次是低铁损电工钢板，则有
利于电机、发电机和变压器等减少铁损而节能；还有高耐热、耐蚀钢管，用于超超临界
高效发电而节能等。按从生产、使用到报废的全生命周期计算节能效应。这一措施大幅
推动了日本钢铁业提高高级钢比的生产和技术研发，并成为扩大出口的主要手段。
新，既可提高企业效益，又可为减排二氧化碳抑制地球变暖做出努力，并有利于尽快由
即将钢水注入由一对逆向旋转辊和两侧封板组成的熔池中，便可直接由钢水连续生
产出厚度为2-4mm的薄带，省去粗轧工序，从而大幅节能。这一先进技术从21世纪初
就先后在日本、韩国、澳大利亚和美国建成示范厂，但发展最快的是韩国浦项钢铁。2006
年建成示范厂，现已商业化，年产能达60万t，其中不锈钢40万t、镁薄带3000t，还
在开发新钢种和钛、锆等薄带材中。我国亦应自行开发或引进技术选点示范应用成功，
资，故从1970年实用化初期的80万t到2010年已扩大到100倍以上。所用还原剂有两
前者的代表工艺为MIDREX法，为美国MIDREX公司（后被神户制钢兼并）开发，现
后者的代表工艺有FASTMET法、ITmk-3法和FINEX法等。前两种方法由神户制钢
开发。FASTMET法在日本已用于重点处理含锌高的铁粉尘。过去由于担心影响高炉顺行
而将之作为废弃物填埋处理；后来掺入煤粉造成球团，在转底炉内加热脱锌并于炉尾回
收氧化锌的同时，产出直接还原球团供炼钢使用（有的厂供高炉使用），节能效果更好。
我国马钢已建成20万t/a含锌尘泥脱锌装臵、产品供高炉使用。另外，沙钢采用神雾
集团开发的类似技术亦于2012年建成30万t/a产能，产品供电炉使用。ITmk-3法则
以铁粉、煤粉混合直接生产还原球团，在美国电炉钢厂的50万t/a示范工程效果良好，
已在印度和中东等缺焦煤的国家和地区重点推广。另一种工艺为FINEX法，为韩国浦项
钢铁和奥钢联共同开发并在浦项钢铁应用和改进，现已有60万t/a和150万t/a两座
设备在生产，另一座200万t/a的3号设备亦将于今年年内建成。据报道，浦项钢铁
已和我国重钢达成协定，共同投资、建设和经营2×150万t/aFINEX，计划于2015-2016
一般短流程电炉钢厂的吨钢能耗和投资仅为高炉-转炉长流程钢厂的1/3，故减排
二氧化碳的效果亦大。日本、欧盟、美国等发达国家的电炉钢比分别约为25%、40%和
50%，而我国仅为10%-12%，因此提高电炉钢比的潜力很大。而发展的瓶颈主要是废钢不
日本学习德国废物循环利用的合理机制——生产者责任制和分类回收制，完善了相
关法规，使钢铁业年废塑料的利用量达到近100万t。主要是居民对废塑料分类投放，
然后由废塑料协会集中后按2-4万日元/t委托处理费交钢铁厂，掺入高炉喷吹煤和炼
二氧化碳的产生主要是来自碳的燃烧和对氧化矿物的还原。若采用同样具有燃烧和
还原作用的氢元素代替部分碳元素的低碳技术，则可实现二氧化碳的减排。除常见的以
城市煤气和天然气替代煤供居民生活和烧锅炉使用外，与钢铁业有关的低碳技术还有以
1 ）日本J F E 钢铁的东日本钢铁厂曾利用当地有余的城市煤气与煤粉一起吹入高炉，
由于城市煤气的天然气含氢量高于喷吹的煤和焦炭，故产生了一定的二氧化碳减排效
2 ）受日本新能源产业技术综合开发机构委托，日本铁钢联盟组织由四大钢铁公司
负责研发项目C O U R S E 5 0 中的一项内容，即将焦炉煤气改质以提高氢含量后喷入高炉中
代替焦炭作铁矿石的还原剂，目标是减排二氧化碳 2 0 % 。2 0 1 2 年已完成实验室研究，
并经瑞典的试验高炉证实已达到二氧化碳减排1 0 % 的效果，下一步拟自建1 0 m 3 试验高
3 ）日本的水泥回转窑大量利用废物代替石灰石和粘土等原料，节能降本，废料比
已达5 0 % 左右。研究发现，含C a O 高的粉煤灰和转炉渣代替了石灰石中的C a C O 3 ，还起到
在《京都议定书》的推动下，日本、欧盟等发达国家狠抓二氧化碳减排工作，除重
视节能和发展可再生能源外，作为后备手段对电力、钢铁和水泥等二氧化碳排放大户开
展了二氧化碳分离回收、贮存（C C S ）技术的开发，即将分离的二氧化碳贮存于地下和
海底，以防止向大气中排放，有条件的则充入开采中的油田，还有利于提高原油的采收
二氧化碳的分离回收法有吸收法、膜分离法和吸附法等多种，具体采取何种方法，
由表3 可以看出，除二氧化碳较难溶于水外，在其他有机溶剂中的溶解度均随二氧
化碳分压的上升而呈直线上升，即符合亨利定律。这种利用不同二氧化碳分压下的溶解
度不同而进行分离的方法称之为物理吸收法。S E L E X O L 已作为吸收液用于工业。M E A 在
低二氧化碳分压下亦有较好的溶解度，且在二氧化碳分压加大后溶解度的变化不大。故
此时可在压力不变的情况下，利用温度对溶解度的不同影响而进行分离的方法称之为化
物理吸收法的流程：将含二氧化碳的高压处理气送入装入溶解液的吸收塔中被吸收
二氧化碳后，处理气经上部排出，溶入二氧化碳的溶解液由吸收塔下部送出，经减压后
分离出二氧化碳和溶液，对二氧化碳进行回收，溶液经过滤净化后返回吸收塔再利用。
后，烟气从塔顶排出时二氧化碳含量小于2 % ，含二氧化碳的溶解液从底部流出，进入再
生塔内经降温后分离出的二氧化碳从塔顶排出，其纯度高达9 9 % 以上；分离后的溶解液
从再生塔底部排出，与含二氧化碳的溶解液经换热器升温后再返回吸收塔中再利用，考
虑损耗并及时补充适量的新溶解液。M E A 等吸收液中的氨和二氧化碳易生成甲基氨酸盐
或重碳酸盐，由于结合力度强，导致分离再生的耗能大（如M E A 法耗能达4 G J / t - C O
另外，三菱重工、东芝、R I T E 和新日铁工程等公司正用低能耗吸收液进行工试中。
用活性炭和泡沸石等固体吸附剂吸附二氧化碳后，再经减压或加热以使二氧化碳分
离而回收的方法。如固体与二氧化碳发生化学反应的情况则称为固体吸收法。吸附法和
固体吸收法的关系与物理吸收法和化学吸收法的关系相同。但由于媒体为固体（和用吸
收液的不同），在吸收部和再生部间的媒体转移较难。据此，多使用多个塔以便媒体固
定而使压力、温度条件变化的摆动法，即使压力摆动的P S A 法、使温度摆动的T S A 法以
及两者组成的P T S A 法，还有使媒体自身移动的移动床法和振动床法。
近日R I T E 公司开发的吸附剂，不仅在应用压力范围和吸附量方面比泡沸石提高很
多，而且还可节能3 0 % 。因为对I G C C 反应煤气脱除二氧化碳时，由于煤气中有水蒸气而
影响泡沸石的吸附性，故使用泡沸石吸附前必须先脱湿，从而多耗能3 0 % 。R I T E 新开发
二氧化碳的方法。故二氧化碳的分压差成为分离的驱动力。因此，对高分压二氧化碳用
膜分离时，如上述方法中的媒体移动和再生所需的能源均可省去，这是它的最大优点，
对各种用膜分离的机理进行比较的结果表明，克努森扩散时αN 2 / C O
择性低；对于以溶解扩散作为分离机理的高分子膜，当二氧化碳分压较高时，高分子将
可塑化，选择性亦下降。分子筛网膜对C H 4 、N 2 等具有高分离系数，但分离I G C C 煤气
中的二氧化碳和H 2 时，则对二氧化碳的选择性不高。利用与二氧化碳的亲和性促进输
送，据说膜有高选择性，但随二氧化碳分压变化的选择性亦不高，要用于I G C C 煤气中
R I T E 公司为解决I G C C 煤气中二氧化碳的分离问题，正开发分子选通膜，膜中的二
氧化碳分子形成疑似架桥可阻止其他分子通过，致使分离的选择性较高。另外，由P F G 系
和P V A 系高分子组成的在高压下应用的复合膜亦接近开发成功。2 0 1 1 年成立的下一代
综上所述，目前二氧化碳分离回收技术实用化的是吸收法，用于火电厂烟气中二氧
化碳的分离回收；其次是二氧化碳分压高可用于I G C C 煤气中二氧化碳分离回收等技术
的开发。对于高炉煤气中二氧化碳分离回收技术，由于二氧化碳分压属于中等水平，因
而不能照搬上述技术，其减排效果高达3 0 % ，故作为C O U R S E 5 0 项目的重点内容由新日
铁、J F E 钢铁等大钢企有系统地逐步开发，短期内尚难实用化。我国钢铁业应广泛掌握
随着二氧化碳分离回收技术的发展，合理利用二氧化碳技术的开发以代替地下、海
过去生物制药多用酸、碱对生物浸泡，提取其中的有效成分，但从酸、碱中分离时
仍残留部分酸、碱残渣，致使其纯度不够理想。为此，近年改用超临界二氧化碳代替酸、
碱，即用超临界二氧化碳的液态将生物浸泡、溶解、提纯其有效成分后，通过减压使二
氧化碳以气态形式蒸发回收后再利用，同时有效成分的纯度得以提高，现已广泛应用。
2 ）钢铁厂利用石灰焙烧窑的高浓度二氧化碳，配合氧气厂的副产氮和炼焦厂焦炉
煤气改质提纯后的氧为原料生产尿素。早在2 0 世纪7 0 年代首钢、邯钢等大钢企就建成
此类生产线，尽管当年尚未关注地球变暖问题，仍不失为有效利用副产品和减少环境污
染的有效措施。从今天看，意义更为重大。另外，据说有些石化企业亦有利用二氧化碳
3 ）日本J F E 钢铁和新日铁等大钢企利用转炉钢渣和二氧化碳进行海底造林。J F E 钢
铁于2 1 世纪初将转炉钢渣粉碎后加水制成浆状，然后喷吹二氧化碳使之和渣中的C a O 结
合形成多孔类似珊瑚礁的碳酸钙块而沉入近海海底，以供昆布等藻类附着在其上生长。
昆布等在生长中还吸收海水中的二氧化碳，成熟后还可供制石油的原料利用，既改善了
近海的生态环境，又有利于节能减排。所以新日铁亦仿效在日本海近海推广，并称之海
底造林，且认为其减排二氧化碳的效果远大于陆地造林。因为树木只有树叶部分在白天
的光合作用下吸收二氧化碳，而昆布等藻类则全部在2 4 h 内吸收二氧化碳，故效果很好。
4 ）近年开发中的二氧化碳利用技术。在《京都议定书》的推动下，二氧化碳回收
技术的开发在加速并部分实用化，加上以欧盟为主推动（联合国主持）的二氧化碳排放
氧化碳利用技术的开发和实用。但在2 0 0 8 年世界金融危机后，特别是欧洲主权债务危
由于二氧化碳生成的共聚物不稳定，故以二氧化碳为原料合成聚合物时，易产生和
低聚物同时反应的共重合体，致使技术开发的难度较大。目前，工业规模实用化的仅有
用二氧化碳生产的脂肪族碳酸酯是在二氧化碳和环氧化物中加入触媒，反应后形成
① 如二氧化碳〃 环氧乙烯交互共重合体（P E C ）具有在低温下（约2 0 0 ℃）向环状
其主要用途为陶瓷黏结剂、包装袋等。目前研究重点是找更好的触媒，以确保高效
参照植物光合成下使水的氧化和二氧化碳的还原反应同时进行的实际，为使水和二
氧化碳合成有机物而开展了复合光触媒的开发。日本丰田中央研究所终于开发成功由具
有水氧化分解能的半导体和具有选择性二氧化碳还原能的金属络合物触媒所组成的新
在该复合光触媒中，为使光照下半导体内部产生的光励起电子向金属络合物触媒高
效移动，以便在后者的配位场实现二氧化碳的还原反应，必须使两者间保持一定的电位
差以作为电子移动的驱动力。金属络合物常用钌触媒（R v （L - L 〃C O
以上。以水和二氧化碳为原料合成甲酸的人工光合成工试，其组成为将二氧化碳光还原
水氧化触媒电极以质子交换膜隔开的光反应电解池，并采用高效二氧化碳光还原触
媒，以水为电子源、原子源直接光合成甲酸时，对水的光触媒亦采用了高效的氧化钛，
电解质则采用碳酸氢钠水溶液，在连续吹入二氧化碳的同时，由氢化钛电极以相当于
I S U N 的模拟阳光照射。在光照下二氧化碳还原侧则生成甲酸，到2 4 h 间甲酸量则直线
增加，且电流的利用效率高达7 0 % 。除尽快实用化外，今后将研究合成比甲酸附加值更
在临界点以上即称超临界二氧化碳状态。超临界二氧化碳在密度、溶解度等平衡物性方
面类似液体，而在导热率、黏度和扩散系数等非平衡物性方面则类似气体。它具有以下
① 压力和温度作为作业变数可对密度控制，对密度函数的溶解度可高精度调整，
② 它的临界温度较稳定，可对热不稳定性物质进行低温处理，从而防止热变形；
③ 低黏性、高扩散性致使物质移动速度高，加上无表面张力，故对多孔物质微型
⑤ 动黏度（= 黏度/ 密度）比气体、液体的小，因此易发生自然对流，在热移动
超临界二氧化碳的利用技术分三个阶段：第一阶段的2 0 世纪7 0 - 8 0 年代为创新期，
始于西德咖啡厂用它脱咖啡因，石油危机后为节能用它从天然物中分离精制有用物质；
第二阶段的9 0 年代主要用超临界水去除杂质，南宫28下载因成本高后改用二氧化碳；第三阶段为9 0
年代到现在，主要用于各种微粒和薄膜的制造及材料加工（高分子加工、发泡和染色等）。
主要利用技术有快速膨胀法和贫溶媒添加法。以前者的R E S S 法为例，具有环境调
和型、可创制出纳米级微粒和成本低等优点，所产微粒的平均粒径为2 0 0 n m ，仅为原料
粒径的1 / 2 9 0 。后者经试验证明对生体的溶解性亦大幅提高。另外，在实用化方面“缓
特别是可利用它的大扩散系数、高渗透性和低黏结性来生产复合材料。如利用含有
C O 和M o 触媒的单层碳纳米管的批量生产技术，便应用了纳米粒子的复合化技术。这种
复合化纳米粒子比单纯的无机纳米粒子的操作性能要好得多。如过去为改善反光板的反
光性而在无机板上涂上有机纳米粒子时，多用有机溶媒，导致分布不均，改用超临界二
（D D S ）、再生医疗和遗传工学等领域。在对患者的治疗中，为减轻刺激的下一代医疗
希望将药剂集中传递到患部，如对肺需将药剂微粒化至4 0 0 n m 左右，随着D D S 技术的进
步，利用超临界二氧化碳便可达到这一要求。还有作为治癌的叶酸，希望在癌细胞处将
其包围则疗效最好，这时利用超临界二氧化碳技术可制成粒径合适、包以亲和性好的薄
在D N A 增殖和再生医疗方面，亦需要复合材料的生产技术。过去对再生体系的反应
主要利用水溶液，今后将以多功能的超临界二氧化碳代替。另外，将超临界二氧化碳作
为酵素的反应场利用，则反应速度可增大。为此，以界面活性剂被复并复合化的酵素在
超临界二氧化碳中可形成肽和生分解性高分子。故可发挥酵素对遗传子的增殖作用。还
有研究人员开发成功人工多功能干细胞G P S 细胞，将提高再生医疗的可能性，但从细胞
（5 ）由水和二氧化碳形成的节能型清洁溶液。将纳米级水滴以热力学稳定地分散
二氧化碳的界面张力小于1 m N 时才会形成；另外，在表面张力高时，则出现白浊的ω/ C O
微观乳浊液，主要是由于分散至微米粒以上的水滴可使光分散而形成白浊的外观。这样
可使不溶于二氧化碳中的极性物质溶解于微细水滴中，从而成为环境友好型清洁溶液，
以用于精密洗净、极性物质的抽出、酵素反应、干洗、纳米材料创新和染色等多种用途。
在应用方面，节能效果明显的为对A l 、T i 、A g 等金属从化合物中提取微粒子用以
代替有机溶液，不仅可省去脱溶液工序，而且对生成微粒的结晶状态、尺寸大小、形状
和分布亦可根据适应范围的需要而调整。另外，将高密度的二氧化碳注入油田还有利于
原油增产，因为高密度二氧化碳注入岩层时，对封闭在岩石、细砂中的原油（占总量的
4 0 % ）可大部分回收。有些研究人员已开发成功棒状胶束以提高二氧化碳黏度的技术，
5 贯彻党的十八大方针促进二氧化碳减排的探讨党的十八大报告中提出2 0 2 0 年全
面建成小康社会并使G D P 和人均收入翻一番的目标，为确保这一目标的实现，将生态文
明建设和经济、政治、文化、社会等原有四大方面的建设并列，又将全面综合可持续发
展的科学发展观正式列入党章，这些均为促进二氧化碳的减排创造了基本条件，根据实
① 在节能减排方面，自 “十一五”将节能减排指标作为约束性指标考核以来有所
进步，但距生态文明建设和可持续发展的要求仍很不足。比如钢铁业， 2 0 1 2 年由于产
能过剩导致全行业亏损的同时，钢协会员大中型钢企的产量增加率仅为其他中小钢企的
1 / 4 ，这种怪异现象不仅影响节能且加重了对环境的污染。对此应按党的十八大方针加
强节能环保工作力度，并完善相关立法。另外，将每年的节能宣传周改为节能环保宣传
② 在减排二氧化碳方面，除通过实施二氧化碳排放权交易市场，以推动二氧化碳
