世界石油和化学工业的六大未来发展趋势

李寿生/文     

2020年05月18日 11:41  

本文3373字,约5分钟

世界进入21世纪以来,石油和化学工业的技术创新,在市场需求、基础研究、应用研究创新成果积累的共同推动下,正在出现或正在酝酿出现一系列新突破,表现在能源科学、材料科学、环境科学和生命科学的方方面面。能源新技术和新能源技术的突破,正在开创一个传统能源、新兴能源、储能技术和智能控制技术长期共存、和谐发展的多元化新时代

2019年12月1日《科学美国人》月刊网站发表了“2019年十大新兴技术——势必改变世界现状的技术”文章,这篇文章是《科学美国人》月刊联合世界经济论坛,召集了一个由知名技术专家组成的国际指导小组,对2019年“十大新兴技术”在充分讨论的基础上评选出来的。评选的2019年十大新兴技术是:1,生物降解塑料;2,社交机器人;3,微型“超透镜”;4,特殊蛋白质;5,智能肥料;6,远距离临场协作;7,食品跟踪和包装技术;8,新型核燃料;9,DNA数据存储;10,能源存储技术。

在这十大新兴技术中,有六种都是化学工业的创新技术。其中,第一位是生物降解塑料:环境污染的克星;第四位是特殊蛋白质:治疗癌症的新机遇;第五位是智能肥料:按需求精准投递养分;第七位是食品跟踪和包装技术:大大改善食品安全;第八位是新型核燃料:使核能更安全;第十位是能源存储技术:推动可再生发展。这就使我们充分看到,世界化学工业的技术创新,不仅范围广泛、技术高端、产业联系密切,而且正在给社会经济发展和人类生活带来重大颠覆性的改变。

世界进入21世纪以来,石油和化学工业的技术创新,在市场需求、基础研究、应用研究创新成果积累的共同推动下,正在出现或正在酝酿出现一系列令人振奋的新突破,从能源科学、材料科学、环境科学和生命科学的方方面面,都传来了许许多多令人眼花缭乱的技术成果,使我们看到了世界石油和化学工业充满希望的创新发展新未来。纵观世界石油和化学工业创新发展的林林总总,我们可以清晰的看出六大发展重点和未来。

一、 能源新技术和新能源技术正在开创能源多元化的新时代。

曾经一度有人讲“化石能源枯竭论”,而且将化石能源枯竭的时间都计算得清清楚楚。但现实告诉我们,化石能源不但没有枯竭,而且新的发现接二连三,今天的技术可以让我们充满自信地讲,化石能源枯竭论可以休矣。

以我国能源勘探开发理论和实践的突破,至少使我们几代人看不到化石能源枯竭的那一天。近年来,我国不仅有大量天然气储量的发现,而且还有大量石油储量的发现,不仅有常规油气田的发现,而且还有非常规油气田的发现,同时海上油气、可燃冰的勘探开发技术也有新的突破。现实告诉我们,化石能源的历史还远未结束。与此同时,新能源技术的研发也正在快速推进。大家一致认为,氢能是未来最理想的能源。氢作为水的组成用之不竭,而且氢燃烧后唯一的产物是水,没有环境污染问题。氢作为能源放出的能量还远大于煤、石油和天然气。1克氢燃料可以释放出142千焦的热量,是油气发热量的3倍。目前,日本在太阳能制氢技术方面走在了世界的前列。如果这个技术(特别是制氢方法和催化剂)一旦取得突破,将会使人类在能源问题上一劳永逸。

因此,我们可以讲能源新技术和新能源技术的突破,正在开创一个传统能源、新兴能源、储能技术和智能控制技术长期共存、和谐发展的多元化新时代。

二、 化工新材料正在开创新型结构和新型功能的新突破

化工新材料是各个国家和跨国公司都在抢占的一个制高点。因为化工新材料是人类进行生产的最根本的物质基础,也是人类衣、住、行以及日常生活用品的最重要原料。大家都知道,有了高分子材料,就有了合成纤维、轮胎和塑料;有了荧光物质就有了电视,有了半导体材料,就有了电子计算机和信息产业;有了超轻超硬化工新材料,就有了汽车、高铁和超音速飞机的创新发展。当前,世界化工新材料的研究,已经进入了一个以结构功能关系为研究主线,以功能分子设计、合成到结构组装为特点的新阶段。

所以,目前化工新材料创新研究的品种繁多,功能各异,在金属材料、非金属材料、高分子材料、复合材料、生物医学材料等方面都有了大量的创新成果。去年我在芬兰参加的ICCA会议上,有一个日本学者讲,当前不少新技术的发展都是受到了材料的制约,比如适应超音速飞机的材料,目前还未找到,许多科学家都寄希望于非金属的化工复合材料。我在德国K展上看到科思创公司用PC和碳纤维合成的非金属超强材料,重量很轻,强度超过金属若干倍。许多人预言,谁在新材料创新上快人一步、高人一筹,谁就能获得若干年的竞争优势。

三、 环境化学正在开创绿色化学和循环经济的新境界

随着全球气候变暖的共同威胁和传统化学给人类环境带来的严重污染,绿色化学应运而生。绿色化学是指化学反应和过程以原子经济性为基本原则,即在获取新物质的化学反应中,充分利用参与反应的每一个原子,实现零排放,不仅充分利用资源,而且不产生污染。采用无毒无害的溶剂、助剂和催化剂,生产有利于环境保护、社区安全和人体健康的环境友好型产品。绿色化学的目标是寻找充分利用原材料和能源,并且在多个环节都洁净和无污染的反应途径和工艺。

国际上对绿色化学非常重视,1996年,美国就设立了“总统绿色化学挑战奖”,并首次授予孟山都公司(变更合成路线奖)、陶氏化学公司(改变溶剂/反应条件奖)、罗门哈斯公司(设计更安全化学奖)、Donlar公司(小企业奖)和Taxas A&M大学的M.Holtapple教授(学术讲)。绿色化学将会在21世纪强劲发展,并将出现一个更加诱人的崭新前景。

我国化学工业的现状以及面临的挑战,必须要使全行业高度重视环境问题,高度重视绿色化学的推行,特别是在解决生产排放难题和循环经济方面要有大的突破。在现实生产中,高汞触媒、磷石膏、高盐废水、CO2排放和塑料污染问题都是我们必须要下大功夫,寻求彻底解决的大难题。目前,经过多方的努力,有些问题已经找到了解决的方法。但要从根本解决这些环保难题,我们还要在绿色化学上下大功夫。

四、 现代煤化工正在开创煤炭高效清洁利用和差异化发展的新途径

现代煤化工,我们可以自信地讲,除了南非和美国之外,中国代表着当今世界现代煤化工发展的最高水平。中国化学工业在不同煤种清洁高效利用造气技术,合成气多种化学转化工艺技术,终端产品高端差异化技术以及煤油混炼技术等都走在了世界的前列。另外,美国煤炭直接生产化学品技术的研发,也是值得期待的又一高端突破。

五、 农业化学品正在开创按需求精准供给的新智能

当前复合新技术、缓释新技术、滴灌新技术和生物生长养分需求智能技术的共同发展,使全球农业化学品特别是种子、化肥、农药和生物调节剂的发展进入了一个按需求精准供给的智能时代。我们在以色列看到,他们在植物根系嵌入一个芯片,芯片将植物需求告诉供给装置,供给装置将植物需求的养分按时按量精准地送入植物根系。按农业需求提供精准供给的农业化学品,正在开创一个用量减少、产出提高、节约和环保的新时代。

六、 生命科学正在开创分子层次和基因蛋白的新体系

有人讲生物学家致力于阐明生命的过程,而化学家则研究如何去调控生命的过程。也就是说,化学家不仅要认识生命世界,而且还要去改造生命世界。前几年有人提出用天然小分子去调控一些细胞的周期,近年来有人结合基因组,尤其是功能基因组和疾病基因组以及它们对应的蛋白来进行调控,以相应的小分子去激发和阻断这一过程。在这一理论指导下,科学家发现造成癌症和神经退行性疾病的是一种特定蛋白质类别。当这类“固有无序化蛋白质”(IDP)不能正常发挥功能时,疾病便接踵而来。2017年法国和西班牙研究人员发现,一种得到美国食品和药品管理局批准的名为三氟拉嗪的药物(用于治疗精神病患者),可与某种胰腺癌相关的无序化蛋白质结合,并对相关疾病进行抑制。研究人员同时还找到了其他一些对阿尔茨海默症等疾病有关的IDP起作用的分子,有些药物接近临床开发。

我国化学家对青蒿素的研究也达到了这一水平和高度。青蒿素的化学结构十分独特,自上市至今20多年来,还没有发生一例抗药的疟疾病例。我国科学家从分子结构到治疗机理进行了深入的研究,也开辟了从分子水平上研究青蒿素抗疟作用乃至抗癌作用机理的全新途径。相信在这一化学生物交叉的领域,一定会出现对人类健康长寿有更多价值的新成果。生命科学新技术的一个又一个新突破,正在给人类带来一系列意想不到的、充满希望的重大福音。

未来已来。我们相信,化学工业不断的创新发展与变革,必将会为创造更加美好的生活作出更多的贡献。这样的未来值得我们共同期待和创造。

(作者为中国石油和化学工业联合会会长)

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