全球气候变化是21世纪人类面临的重大挑战。我国作为碳排放较大的国家，应对气候变化事关国内国际两个大局，事关全局和长远发展，是推动经济高质量发展和生态文明建设的重要抓手，是参与全球治理和坚持多边主义的重要领域。2020年以来，习近平总书记在多个重大国际场合就应对气候变化工作对外表态宣示：中国碳排放力争2030年前达到峰值，2060年前实现碳中和。并在气候雄心峰会上进一步宣布：“到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右”。“双碳”目标的实现将深刻影响和改变我国现有能源的开发利用方式。含碳废弃物的无害化、资源化利用对“双碳”目标的实现具有重要的推动和支撑作用。

一、含碳废弃物处理现状及发展机遇

随着我国城市化进程的加快和人口的增长，一系列诸如废塑料、污泥、生活垃圾及工业废弃油渣的含碳废弃物被大量排放。如2019年山西省污泥总量达到99万吨，而生活垃圾更是高达5000万吨，其中所蕴含的总碳含量高达580万吨。然而此类有机固体废弃物普遍具有成分复杂、体积大、重金属含量高、难降解、处理困难等特点，其中富含的碳资源也无法得到有效利用。

目前针对含碳废弃物的处理方式主要包括填埋、焚烧、堆肥等。但处理量和综合利用量相对于现存及每年新增固废量占比很小。另外，填埋需要占用大量土地，同时也存在对地下水污染问题；焚烧虽然能回收碳基固废中的部分能量，但燃烧过程中会产生二噁英等二次污染物，同时也排放大量的温室气体二氧化碳；堆肥虽然工艺简单，但存在效率低、处理量小等缺点。可见，目前主流的碳基废弃物处理方式普遍是基于低成本的固废消纳技术，距离实现固废中碳基资源的循环利用还有较远的差距。利用含碳废弃物部分替代化工用煤制备合成气，而后合成化学品，具有明显的工艺和减排优势。一方面利用含碳废弃物的高反应活性降低过程能效，间接降低二氧化碳排放；另一方面，在此过程中含碳废弃物的气化替代了焚烧，实现二氧化碳直接减排。另外，含碳废弃物普遍含有较多的重金属，在与煤共气化过程中这部分重金属与煤灰渣熔融形成玻璃渣，实现废弃物中重金属元素的固定，消除对环境的二次污染。因此，与煤共气化是实现含碳废弃物无害化、低碳化和资源化处理的有效途径，有助于减少煤炭用量，促进产煤地区向低碳型经济转型的进程。

二、含碳废弃物替代部分化工用煤技术展望

含碳废弃物中含有大量碳氢资源，实现含碳资源的清洁高效利用对“碳达峰”、“碳中和”目标的实现具有重要意义。利用气化方式可将含碳废弃物中的碳氢转化为合成气，进而实现碳资源的循环利用。

截止目前，国外已有较多将废弃物通过气化技术转变为化学原料的实例。2003年，日本的环境工程技术公司利用流化床气化技术将混合废塑料转化为H2。2011年，美国研究人员开发了一种三级气化炉系统，每天可处理25吨医疗废物、汽车碎纸机残余物和含塑料垃圾。2014年，加拿大Enerkem公司利用气化技术将城市固体废弃物、生物质、建筑拆除废弃物以及废弃塑料生产的合成气并用于甲醇的生产。美国Sierra能源公司与于2017年建造了商业试点工厂，利用固定床垃圾气化技术实现了将20吨/天的城市固体垃圾和木质生物质转化为液体燃料（柴油和汽油）及电力。国外案例的成功为我国含碳废弃物气化技术的发展及应用提供了经验与基础，为促进碳循环、提升资源利用率和低碳未来提供了技术支持。

含碳废弃物的理化性质难以满足气流床和流化床气化炉进料和排渣的要求，而熔渣式固定床气化炉原料适应性强，具有结构简单、投资成本低、操作简单便捷等优点。固定床液态排渣气化技术结合了鲁奇固定床加压气化技术和高温熔渣气化技术，具有煤种适应性强、气化强度显著提高、蒸汽用量大幅度减小等突出特点。熔渣还可包裹固定含碳废弃物中的有害元素，是实现含碳废弃物气化利用的最佳选择。但含碳废弃物性质差异大，难以单独气化，将其与煤协同转化可避免原料性质波动导致气化炉停车。基于上述特点，我们相信将含碳废弃物部分替代气化用煤，并用于熔渣式固定床气化炉，使含碳废弃物中的碳氢转化为合成气，不仅可以减少化石燃料使用，而且利用熔渣固化含碳废弃物中的有害重金属元素，可以实现协同处理城市生活及化工过程的废弃物，同时也可为化工生产过程的“近零排放”提供一种可行途径。

供稿人：白宗庆，中国科学院山西煤炭化学研究所 研究员

白进，中国科学院山西煤炭化学研究所 研究员