创新使命组织提出实现净零工业的优先技术路径
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近日，
创新使命第二阶段（Mission Innovation 2.0）启动的“净零工业使命”发布了一份讨论文件征求公众意见，提出了促进工业过程脱碳的主要技术路径，重点关注水泥和石灰、化工、钢铁等行业
。关键要点如下：
该路径包括工艺步骤的电气化、加热过程（窑炉、裂解器、燃烧器、熔炉、锅炉）的电气化以及电解等电化学工艺的引入，涉及如下行业：
1、水泥和石灰。
包括窑炉、烧结和煅烧过程的电气化，例如通过等离子发生器或微波技术（也与氢气结合）、电加热和裂解、氢氧化钙和水泥的电化学生产。
2、化工。
包括：①低温加热（如锅炉）、高温加热（如裂解炉）和蒸汽生产的间接电气化；②化学过程的直接电气化，如电化学过程和电力驱动分离。
3、钢铁。
包括：①铁矿石电化学还原和使用绿色电力进行电弧炉炼钢或矿石还原（铁矿石电解）；②直接还原铁-电弧炉（DRI-EAF）路线替代高炉/转炉；③通过电解产生氧气用于燃烧过程；④工艺步骤的电气化，如熔炉的烧结或再加热。
4、跨行业。
热处理（熔炉）和工艺步骤的电气化，包括：①氧化铝行业的蒸汽电气化；②用于低、中、高温过程的热泵；③电驱动分离；④电化学过程和液体电解质高温过程。
该路径包括将清洁氢用于燃烧/加热和作为还原剂（如用氢气代替天然气），还包括使用清洁氢来生产化学品和碳氢化合物。涉及如下行业：
1、水泥和石灰。
可单独使用清洁氢作为燃料，也可与其他燃料（尤其是垃圾衍生燃料）结合使用。
2、化工。
包括：①将清洁氢用于化学品生产（例如氨、甲醇、聚合物）；②水电解和甲烷热解一体化制氢。
3、钢铁。
包括：①在直接铁矿石还原和等离子还原（熔炼还原）中使用绿氢；②将氢气混合用于燃烧过程。
4、跨行业。
在高温熔炉中使用清洁氢气作为燃料，包括在氧化铝煅烧过程中用氢气部分或全部替代化石燃料。
该路径包括直接捕集/分离以及吸附/吸收工业CO2排放及其封存。涉及如下行业：
1、水泥和石灰。
包括：①过程碳排放的直接捕集/分离和吸附/吸收；②碳酸盐/CO2循环（通过石灰石、富氧燃料、矿化等）；③富氧燃烧；④燃烧后捕集技术。
2、化工。
基于胺、吸附、吸收、直接分离等方式，从过程和燃烧排放物中捕集CO2。
3、钢铁。
包括：①产生富CO2废气以促进部署CCS；②直接还原铁和CCS结合：③物理吸附和化学吸附；④高炉炉顶煤气结合CCS；⑤高炉富氢冶炼和化学吸收；⑥使用CCS和/或生物焦进行冶炼还原。
4、跨行业。
包括：①捕集和封存来自过程排放和燃烧排放的CO2；②低品位铁矿石的选矿和CCS无价值成分成矿活化新技术
该路径包括CO2捕集、纯化以及转化为化学品、合成聚合物/替代燃料和原材料，以及在其他过程中使用CO2废气。涉及如下行业：
1、水泥和石灰。
包括：①水泥生产和工艺排放的CCU技术；②水泥窑和石灰窑的CCU技术；③固体原料碳化/CO2固化；④ CO2矿化和CO2洗涤。
2、化工。
使用捕集的CO2生产化学品（包括基础化学品和精细化学品）和聚合物。
3、钢铁。
废物/炉渣和气体的再利用和增值，尤其是利用高炉/转炉废物和气体生产化学品/产品/原材料。
4、跨行业。
用于CO2高价值利用的灵活碳捕集和纯化技术。
五、替代燃料和原料（除氢以外）、生物基资源以及集成可再生能源
该路径主要侧重于集成生物基燃料和原料，以替代化石燃料和资源，并用于加热/燃烧、发电以及化学品和聚合物的生产，还包括将可再生能源整合到生产过程中。涉及如下行业：
1、水泥和石灰。
包括：①使用光热、光伏、合成气、废物和生物质替代固体化石燃料用于供热和发电；②空气和富氧条件下的生物质混合燃烧；③用碎料生产合成气。
2、化工。
包括：①利用生物基资源生产化学品和塑料；②使用生物质/废物用于供热/供能；③可再生能源的整合。
3、钢铁。
包括：①可再生能源用于炼钢和CO2高值转化；②用木炭、天然气、沼气、生物质替代煤炭；③用替代材料和还原剂替代化石材料；④使用沼气的直接还原铁-电弧炉技术；⑤将生物质用于高炉/转炉。
4、跨行业。
包括：①可再生能源的整合；②利用高温炉处理废物和生物质；③在工业应用/过程中直接使用生物基资源作为原料。
该路径包括引入替代材料和重新配制原料，原材料预处理、预热和预还原，新型窑炉技术和节能窑炉设计、废热利用、热回收技术以及蓄热设备，更有效的能源和工艺气体管理、高压气体的使用、能量回收和燃烧过程优化，新型干燥技术（如真空干燥）、新的膜反应器和催化剂等工艺强化、新分离技术（如热分离）以及冶金熔炼还原等。涉及如下行业：
1、水泥和石灰。
包括：①新型水泥和替代原材料；低熟料含量替代水泥、熟料和骨料替代品（如贝利特熟料）、替代粘合剂；②火山灰基混凝土和无水泥混凝土；③高强度和碳纤维混凝土；④石灰碳化和先进的研磨技术；⑤新的窑炉技术，如立窑；⑥干法窑、多级旋风加热器能量回收和优化燃烧过程。
2、化工。
包括：①替代蒸馏的膜反应器技术和其他突破性技术；②工艺强化，包括反应器设计、新型催化剂和生产工艺改进；③新的分离技术，如先进的热分离技术。
3、钢铁。
包括：①冶炼还原；②提高废钢/铁水比；③用热压铁块/直接还原铁替代铁矿石或废料；④能量和工艺气体管理，高压气体的使用；⑤废热源的利用；⑥热交换器的热量再利用；焦炭干熄焦工艺。
4、跨行业。
包括：①新型窑炉技术，安装热交换器；②能量/余热回收；③工艺气体管理和燃烧过程优化；④干燥技术；⑤过程强化，如通过下一代催化技术。
七、提升材料效率，使用二次来源（包括回收）、工业共生
该路径包括用于循环经济的原材料开发，重新设计产品以提高材料效率和循环性，通过新的检测技术更好地回收废品、高效的废品收集和分拣、新型去涂层设备和新型回收技术，还涉及废物和副产品的机械/溶解/化学回收、混凝土废物/炉渣的矿化、气体回收、副产品再加工成化学品以及改进骨料包装等方面。涉及如下行业：
1、水泥和石灰。
包括：①水泥和混凝土回收及再利用；②回收来自其他能源密集型行业的废物和副产品（如钢渣）；③石灰副产品的使用；④降低熟料与水泥的比例；⑤混凝土废料矿化；⑥改进骨料填料（水泥和石灰）。
2、化工。
包括：①将（混合）塑料废物机械、溶解和化学回收成塑料，或制成用于生产塑料、化学品和合成燃料的原料；②副产品再加工成化学品。
3、钢铁。
包括：①使用新的检测技术更好地回收废品；②用天然气熔化劣质废料；③基于废料的电弧炉；④近终形铸造；⑤重新设计基于钢材的产品，以提高材料效率和循环性；⑥钢铁生产残余物的利用。
4、跨行业。
包括：①工业与工业-城市共生及再利用；②具有更好生命周期性能的创新材料和产品；③材料固有的可回收性；④二次资源升级；⑤更好的检测、分离和分选技术。
注：净零工业使命于2021年11月在第26届联合国气候变化大会（COP
26）上进行了软启动，将在2022年下半年正式启动，旨在解决钢铁、水泥、化工的重工业的高碳排放问题，推进到20250年实现工业净零排放。
原创声明：本文为中国科学院武汉文献情报中心先进能源科技战略情报研究团队原创，未经原作者允许不得转载本文内容，否则将视为侵权。转载或者引用本文内容请注明来源。对于不遵守此声明或者其他违法使用本文内容者，本团队依法保留追究权等。
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