石炭はどのようにして「黒」から「白」への壮大な変化を成し遂げることができるのでしょうか?

編集者注: 数百万の IP が科学技術を創造し、科学技術強国という夢を共同で築いています。科学知識を普及し、科学的精神を促進し、全人民の科学文化素質を向上させ、高度な科学技術の自立の実現を支援するために、中国科学技術協会科学普及部と人民日報は共同で「科学技術の道を目撃する」テーマレポートを企画・発表し、国家の科学技術戦略政策、重要な科学技術賞、「ボトルネック」の重要なコア技術などに焦点を当て、草の根レベルでインタビューや調査を行い、生き生きとした活気のある科学普及製品を次々と発表し、科学者の精神を力強く推進し、科学技術強国の建設に向けて大きな力を集めました。

深刻化する地球環境危機とグリーン変革の必要性を背景に、中国は前例のない決意と行動でエネルギー・化学産業の持続可能な発展を推進しています。陝西省楡林市は黄土高原の中心に位置し、豊富な資源の宝庫であると同時に、極めて脆弱な生態系を持つ場所でもある。ここでは、石炭は単なるエネルギー源ではなく、エネルギー変換と環境保護の二重の発展を推進する重要なライフラインでもあります。記者は先日、楡林工業団地を訪れ、科学技術の力で石炭を「黒」から「白」へと変える壮大な変革をどのように作り上げたのかを視察した。

石炭からエチレングリコールへ

108時間の魔法の変身

私たちの認識では、石炭はエネルギー源として存在することが多いですが、現代の化学産業では、重要な化学原料であるエチレングリコールに変換することもできます。多用途化合物であるエチレングリコールは、そのユニークな特性と化学反応性により、多くの製品やプロセスに欠かせない成分となり、私たちの生活に多くの利便性と可能性をもたらします。

「エチレングリコールには主に2つの機能があります。1つ目はポリエステル樹脂を作ること、2つ目はポリエステル繊維を作ることです。」国能楡林化学有限公司の新材料部門エチレングリコールユニットのマネージャーである徐衛衛氏は、当社のレンズや医療用注射器など、ポリエステル樹脂は優れた光学特性を備えていると紹介しました。ポリエステル繊維の下流は主に織物です。いくつかの優れた特性があります。エチレングリコールポリエステル繊維を一定量繊維材料に加えると、生地にシワができにくくなります。

玉林工業団地。写真提供：インタビュー対象者

石炭からエチレングリコールまでの全生産工程はわずか108時間しかかからないが、技術の研究開発には数年を要した。 2021年11月、楡林化学の年間40万トンのエチレングリコールプロジェクトは、全工程を一度に完了し、合格のエチレングリコール製品の生産に成功しました。このプロジェクトは、すでに完成し生産を開始した石炭メタノールプロジェクトの余剰合成ガスと公共施設を巧みに活用し、エチレングリコールユニットから発生する排ガスを石炭メタノールプロジェクトの原料としてリサイクルし、石炭のクリーンな循環利用を実現し、経済効果と環境保護効果を大幅に向上させました。

楡林化学はエチレングリコールプロジェクトを頼りに、いくつかの中間製品の高度な加工も行い、ポリグリコール酸生分解性材料を生産する新しいPGAプロジェクトを構築し、産業チェーンをさらに拡張し、バリューチェーンを強化しています。この材料には、完全な生分解性、高い生体適合性、高い機械的特性、高いバリア特性など、多くの利点があります。土壌、海水、その他の環境で完全に無害に分解されます。使い捨てビニール袋、お弁当箱、ストローなど食品包装分野で幅広くご使用いただけます。医療用手術縫合糸や骨の足場材料にも使用できます。これは、我が国が白色汚染を抑制し、人々の生活ニーズに応え、「ボトルネック」技術に取り組むための新たな道を提供し、国内の石炭化学産業のハイエンド、多様化、低炭素化に向けた変革と発展を促進するものです。

ゼロからスタート

グリーンテクノロジーが廃水を蘇らせる

石炭からエチレングリコールへの変換が「黒」から「白」に変化するプロセスであるならば、水処理は汚れた状態からきれいな状態へと変化する魔法のプロセスです。石炭化学産業は大量の廃水を排出し、水の組成が複雑で、大量の汚染物質を含んでいます。生態学的に脆弱な北西部地域で石炭化学産業を発展させることは、地元の水資源を汚染するだけでなく、水不足を悪化させるだろう。 「水門」は石炭化学業界が乗り越えなければならない困難なハードルとなり、廃水排出ゼロがこの問題を解決する鍵となっている。

塩の分離および結晶化前処理プラント。写真提供：インタビュー対象者

廃水排出ゼロ技術の開発過程において、高塩分廃水から主塩を抽出し、結晶混合塩の削減と資源循環型経済利用を実現することが難題であり、重要なポイントとなっている。

「当社は独自のイノベーションを通じて、低温臨界凍結と真空熱塩分離技術を開発しました。低温凍結結晶化プロセスを通じて高純度塩を分離します。同時に、熱処理方法を通じてプロセス中の熱を回収し、エネルギーの再利用を実現し、運用コストを大幅に削減します。」国能楡林化学有限公司環境貯蔵工場副所長胡華貴氏はこう語った。

塩分離結晶化装置は、品質の高い塩化ナトリウムを生産し、連続的で安定した運転を実現します。石炭化学廃水処理における低温臨界凍結プラス真空熱塩分離技術において「ゼロ」の突破を達成し、国内の技術格差を埋めるだけでなく、環境面と経済面でも大きな利益をもたらします。これにより、年間294万トンの水と2,500万元のコストが節約され、雑塩の生産量が約3万2,000トン削減され、有害廃棄物の処理コストが約1億1,000万元節約されます。これらの目覚ましい成果は、我が国がグリーンかつ低炭素な発展を追求する上で重要な一歩を踏み出したことを証明するものであり、より多くの人々がこの持続可能な発展計画に尽力するよう促すものとなる。

シリコンの宿敵

若手科学研究チームが魔法の浄化技術を解明

石炭化学産業で発生する廃水中には、塩分やケイ素など、除去が難しい不純物が一般的に含まれており、これらは主に二酸化ケイ素の形で廃水中に存在します。石炭化学廃水の排出をゼロにするには、シリコンの除去が不可欠です。逆浸透膜や蒸発器などの主要機器のスケーリングを大幅に遅くし、その後の処理プロセスの効率的な運用を確保できます。しかし、廃水からシリコンを除去することは容易ではなく、不適切な試薬や化学物質の過剰添加によって引き起こされる新たな問題を回避するために、化学反応条件を正確に制御する必要があります。この難題に直面して、1995年生まれの「国家技術専門家」である陸超超氏とそのチームは実験研究を繰り返した。

陸超超さんは現場の作業データを記録しています。写真提供：インタビュー対象者

「アルミン酸ナトリウムからシリコンを除去するプロセスにおいて、最も重要かつ困難な作業は、その反応 pH を研究することです。酸性 pH 3 から pH 14 までの pH 勾配を作成し、予備的なビーカー実験を通じて、投与順序を含む反応条件と水力条件を決定し、最適な pH を決定しました。最終的に、最適な pH 値は約 8.5 であり、これが最高のシリコン除去効果を持つことが分かりました。」国能楡林化工有限公司環境貯蔵工場水処理場環境保護第1チームのチームリーダー、陸超超氏が記者団に語った。

この過程で、科学研究チームは技術的な課題を解決しただけでなく、自分たちの仕事の重要性を深く認識しました。こうした若い科学技術労働者の目には、毎日廃水を扱い、自分たちの参加を通じてそれを再びきれいにすることは、彼らの個人的な価値観の実現であるだけでなく、グリーン生産の実現への貢献でもあるのです。 「石炭化学産業で発生した汚水は当社のプロセスで処理され、高品質の再生水となり、当社の工場で生産用水として再利用されます。とても誇らしいことです」と呂超超氏は語った。

石炭によって繁栄した都市、楡林市は、技術革新を通じて華々しい変革を遂げている。石炭をエチレングリコールに変換する技術革新から、ポリグリコール酸生分解性材料の工業生産、石炭化学廃水のゼロ排出処理まで、このグリーン変革と発展の道は、楡林化学が国家のエネルギー安全保障を確保しながら、石炭化学産業の「ハイエンド、多様化、低炭素」への変革とアップグレードを推進するための実践的な行動をとっていることを証明しています。 「グリーン」は石炭化学の発展の遺伝子に注入され、石炭消費の転換とアップグレードがますます現実的になり、グリーン化学の無限の可能性とグリーンな未来を世界に示しています。