苏州园区绿色发展|绿碳科技：提供全球领先二氧化碳高附加值转化技术方案

今年初，科技部印发《国家高新区绿色发展专项行动实施方案》，提出“国家高新区作为高质量发展先行区，理应在绿色发展方面走在前列，作出表率”。苏州工业园区自成立以来，始终坚持高起点、高标准、高水平谋划推进绿色发展，探索生态文明与科技创新、经济繁荣相协调相统一的可持续发展新路径，逐步成长为引领科技创新、经济发展与绿色生态深度融合、协调发展的“高新区样本”，涌现出一批创新驱动的绿色技术领先企业与机构。

江苏绿碳纳米科技有限公司（以下简称“绿碳科技”）2017年落户苏州工业园区，2019年获评园区科技领军人才，该公司利用全球领先的二氧化碳（CO2）电解技术，将从火电站、水泥厂、钢厂等烟气中捕集的二氧化碳，转化成每吨市场价值高达50万元的碳纳米管产品。该技术的成本、能耗、产品附加值等独具优势。2021年，绿碳科技在山西大同投产全球首套基于二氧化碳转化碳纳米管生产示范系统，目前实现稳定运营，年产碳纳米管200吨，每年捕集1280吨二氧化碳。近期，公司又与大唐云冈热电有限公司（以下简称“云冈热电厂”）签署合作协议，项目总投资预计15亿元。

以碳为媒C4X团队向世界展示绿色发展的中国方案

2016年7月15日，世界碳X大奖赛（NRG COSIA Carbon Xprize）拉开序幕，来自全球多个国家的145个技术团队参与角逐第一，从提出方案，到建成运行百吨级碳利用系统，再到建造千吨级示范系统并运行一年，大赛一直持续了四年多时间。

由现任绿碳科技董事长宋维宁博士带领的C4X团队作为中国唯一代表，与美国、加拿大、英国及印度4个国家的10个团队入围决赛十强，并获得50万美元奖金。最终，包括C4X队在内的五强到美国Dry Fork燃煤发电厂，现场比拼煤电厂二氧化碳回收转化方案。

据介绍，X大奖赛是全球顶级科技成果转化大赛，目标是通过大赛解决全人类急需解决的难题，不仅注重项目技术水平领先性，也考量实际应用的经济效益，如宇航X大奖赛（1999-2004年）、谷歌登月X大奖赛（2008-2019年）等。其中，碳X大奖赛由美国最大能源公司NRG和加拿大油砂联盟COSIA联合赞助，旨在吸引全球科研力量探索将二氧化碳转化为有价值产品的方案，大赛总奖金2000万美元。

宋维宁与碳X大奖赛“结缘”，源于跨学科的科研经历。完成国内学业后，宋维宁分别在加拿大麦克马斯特大学、多伦多大学攻读博士等学位，再到美国和国内大学带学生，做科研，涉猎力学、土木、化工、机械、计算机、材料学、木材工程等7个专业。在多伦多大学工作期间，宋维宁与“纳米化学之父”欧钦（Geoffrey Ozin）结识。

欧钦院士一直致力于二氧化碳高附加值转化研究。2015年，他邀请宋维宁一起参加碳X大奖赛。

“当时国内二氧化碳排放问题已经比较突出，但是碳X大奖赛在国内知名度还不高，欧钦的热情感染了我，我意识到，在这种国际大赛中，应该有中国方案和担当。”宋维宁说。于是，在欧钦院士的直接指导下，正从事碳基生物质(塑木)复合材料研发的宋维宁踏上了组团参赛之路。

2016年，由宋维宁博士牵头组建的C4X团队，作为唯一的中国代表队参加碳X大奖赛。次年底，碳X大奖赛的专家团队来到中国，对C4X团队的二氧化碳捕获转化系统开展多论验证。结果显示，该系统二氧化碳捕集率、二氧化碳转化率均高达90%，获得国外验收组一致通过。

2018年9月，在全球气候行动峰会上，宋维宁荣获“全球气候开拓者”称号。

关注到C4X团队为国争光并荣膺十强这一消息，苏州迅速组织招商团队对接宋维宁。苏州工业领域海量二氧化碳转化需求以及政策、人才、环境、交通等优势给宋维宁博士留下深刻印象。2017年，绿碳科技在苏州工业园区注册成立，2019年公司入围园区科技领军人才，并获得人才奖励。根植创新沃土，绿碳科技的二氧化碳转化技术研发和产业化拉开了帷幕。

变废为宝探索二氧化碳高附加值转化新路线

“二氧化碳不是负担，而是巨大的财富。”宋维宁反复强调，二氧化碳与石油、天然气、煤、生物质一样，均属于工业基础原料，如果把二氧化碳作为原材料进行资源化利用，能产生可观的经济价值。

从国际层面看，CCUS（Carbon Capture, Utilization and Storage，碳捕集利用与封存技术）被寄予厚望，是全球碳减排，并开发利用二氧化碳的核心技术。

据宋维宁介绍，目前，国际CCUS项目对二氧化碳的利用方向主要包括地下封存、驱油（即把二氧化碳注入油田中，通过“三次采油”技术使即将枯竭的油田再次采出石油，同时将二氧化碳长期贮存在地下）和食品级利用等，所转化产品经济价值有限。国内CCUS技术总体处于研发示范阶段，能耗和成本较高，相关产品尚未达到量产。

寻找二氧化碳高附加值转化以及规模量产的技术方案成为市场共同的期盼。

锚定这一目标，绿碳科技进行持续论证、实验，并在二氧化碳转化碳纳米管方向率先取得工业化突破。碳纳米管是一种性能优异的新材料，市场售价每吨高达50万元，可广泛用于锂电池导电剂、光伏导电银浆、5G散热膜、碳基电子、碳基芯片等，碳纳米管能够提升锂电池能量密度、增多循环次数、降低能耗等。公司制造的碳纳米管，每使用一吨可减少3.5吨二氧化碳排放。

2019年，绿碳科技在全球率先研发出工业级电解法制备碳纳米管技术，该技术以二氧化碳为原料气体，通过电解合成碳纳米管、石墨烯等一系列高附加值的碳纳米材料。

相比市场上利用CVD方法（Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积法）制备碳纳米管，绿碳科技的电解法具有制备成本低、能耗强度低等特征。

据介绍，二氧化碳电解制碳纳米管技术成本仅为CVD法的60%；能耗强度为0.13-0.48吨标煤/万元，低于CVD法（6.75-27.5吨标煤/万元），为规模化制备和应用碳纳米管打开了大门。

不仅如此，绿碳科技的电解技术在利用不同原料气体制备碳纳米管的同时，还能同步生成绿氢。在比电解水制绿氢能耗更低的情况下，该方法可生产1吨氢气和3吨碳纳米管，产生经济价值最高可达155万元。

除碳纳米管等碳纳米材料外，绿碳科技还在布局其他高附加值转化技术，包括工业固废固碳制混凝土，电化学炼铁，直接将铁矿石转化为铁和氧气的“无碳排放”方案；利用太阳能驱动熔盐实现无碳生产水泥的工艺等。

稳定达产开辟万亿元“碳经济”市场

苏州纳米城是绿碳科技二氧化碳转化研究的起点。

2015年，江苏省政府与加拿大安大略省在苏州纳米城联合成立“江苏—安大略纳米技术创新中心”，共同推进纳米技术创新与产业合作。宋维宁担任该中心主任，负责整合国内外专家参与二氧化碳转化课题研究。绿碳科技成立后，聚焦产业化目标，立足苏州加快延揽海内外人才。目前，公司已经汇聚3位来自中加两国的院士、15位海归博士、5位具备30多年技术产业化和工业生产经验的国际高管，近半核心成员来自上述C4X团队。

绿碳科技设计出一条CCCUS（Carbon Capture, Conversion ，Utilization and Storage）技术路线。相比CCUS技术，CCCUS路线的特别之处在于增加转化（Conversion）环节，利用电解法、化学转化和生物合成等技术将二氧化碳转化为非二氧化碳材料，这一路线有望开辟万亿元“碳经济”市场。

利用绿碳科技CCCUS技术路线，能使煤电厂实现“碳中和”。“假设全国部分煤电厂每年生产1000亿度电，那么将排放大约8000万吨二氧化碳。如果运用CCCUS技术将上述二氧化碳全部捕集转化，投资成本大约2500亿元，但转化出的碳纳米管、氢气等产品价值可以达到近1.2万亿元，是煤电厂1000亿度电量售电收入（约400亿元）的近30倍。”宋维宁说。

作为煤炭大市，山西大同积极采纳绿碳科技的CCCUS技术路线。

2019年，绿碳科技团队在大同成立山西清洁碳经济产业研究院，建成全球领先的煤电碳捕集及转化为碳纳米管全产业链示范系统，该碳捕集及转化装置由研究院自主研发、自主投资建设，投资总额近4000万元，每年可以捕集、纯化1280吨煤电烟气中的二氧化碳，年产200吨碳纳米管。

该项目投产以来一直稳定运行。2021年3月起，山西清洁碳经济产业研究院的碳纳米管导电浆料生产线生产出首批锂电池导电浆料，提供给广州鹏辉能源科技股份有限公司等试用，并与天津力神电池股份有限公司签署了框架合作协议。

近期，国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》，要求加大对碳捕集利用与封存等项目的支持力度。得益于先发布局，绿碳科技的CCCUS技术路线获得多地青睐。

立足苏州，绿碳科技加快拓展全国市场。“五年内，公司计划建成百万吨级碳捕集系统，并制备碳纳米管及其复合材料转化基地，培育千亿级碳基材料龙头企业。”宋维宁说，公司近期与云冈热电厂签署总投资15亿元的协议，该项目被大唐集团列为2021年度“十大科技项目”之一，建成后预计可使云冈热电厂减少碳排放5万吨/年，相当于种树近70万棵树的减碳量。（王梦菲 王艳艳）