近日，清华大学化工系朱兵课题组与合作者在中国化石资源代谢模式研究领域取得新进展。研究以宏观系统性方式定量刻画了化石资源在中国化工行业复杂生产过程网络中的物质转化和流动，为深入理解中国化石资源代谢模式及化工行业绿色低碳转型路径提供了科学模型和数据基础。

对煤炭、石油和天然气等化石资源的利用是人类社会工业化进程的主要驱动力。从全球来看，目前有约90%的化石资源作为燃料使用（例如火电、燃油等），另外约10%主要用于化工行业，作为生产塑料、化学品和化肥等的原料。而随着气候治理推进，各国已达成在能源系统中转型脱离化石燃料的共识，化石资源的燃料-原料利用比例未来可能会发生很大变化。但是，目前对化石资源代谢模式，尤其是化石资源作为原料利用的物质流网络的量化研究并不深入，主要缘于相关产品和过程的多样性和复杂性。

对中国而言，实现碳达峰碳中和目标要求控制化石能源消费，化工行业在这一进程中扮演关键角色，如炼化行业正在有序推进更高水平炼化一体化和“减油增化”转型升级，化石资源原料利用占比将持续增长。中国化工行业总量大、产品种类多、生产工艺复杂，详细刻画化石资源作为原料在中国化工行业复杂生产过程网络中的物质流动情况，是全面理解中国化石资源代谢模式和化工行业未来发展变革的重要基础。

2017年中国化工行业化石资源原料利用物质流动

研究团队开发了包括7种初级化学品、48种中间体及终端产品的71个主要生产工艺的中国化工行业复杂生产过程物质流网络模型，在宏观尺度上详尽阐述了2017年中国煤炭、石油和天然气等化石资源向终端化工产品的生产过程物质流动，并估算了初级化学品生产过程的直接和间接二氧化碳排放。研究显示，2017年中国化工行业为原料用途加工了约1.8亿吨煤炭、8900万吨石油及1300万吨天然气，分别占中国煤炭、石油、天然气总消费量约5%、15%和7%；2017年中国初级化学品生产过程二氧化碳排放量约为6亿吨，直接和间接排放各占约一半。研究通过中国化工行业复杂生产过程网络模型，定量追溯了化工产业链上各级产品的化石资源原料投入强度和不同来源工艺路线占比。

气候变化背景下化石资源代谢模式正在发生深刻变革，化石资源未来将更多发挥材料属性而非燃料属性，化工行业在这一转型过程中发挥关键作用。研究者开发的中国化工行业复杂生产过程物质流网络模型为理解这一转型提供了坚实的模型和数据基础：一方面，化石资源原料利用的物质代谢细节大大促进了对于中国化石资源代谢模式的认识；另一方面，有助于连接化工行业供给侧和需求侧解决方案，进一步探索行业绿色低碳转型发展路径和服务管理决策。

5月8日，相关研究成果以“追踪中国化石基塑料、化学品和化肥生产”（Tracing Fossil-Based Plastics, Chemicals and Fertilizers Production in China）为题，发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。

清华大学化工系2016级博士、挪威科技大学能源与过程工程系博士后蒋萌和清华大学化工系2021级博士生曹煜恒为论文共同第一作者，清华大学化工系教授朱兵和挪威科技大学能源与过程工程系教授埃德加·赫特威奇（Edgar Hertwich）为论文共同通讯作者。清华大学化工系教授胡山鹰、副教授陈定江、2019级硕士江健、2020级博士生任钰成和2023级硕士生于贺江参加了该研究工作。论文的合作者还包括中国石化化工销售有限公司高级专家刘长功、石油和化学工业规划院能源化工处副总工程师温倩、中国人民大学应用经济学院副教授周文戟。

研究得到清华大学-中国石化绿色化工联合研究院支持项目、欧盟“地平线欧洲”计划、化学工程联合国家重点实验室（清华大学）的支持。