“雙碳”愿景下《綠色化學》課程思政教學改革初探*

蔣葉濤，王曉宇，吳 真，胡 磊，周守勇

(淮陰師范學院化學化工學院，江蘇 淮安 223300)

綠色化學作為化學分支課程，興起于20世紀90年代，該課程主要通過化學的新工藝及新方法，減少甚至是消除使用有害物質，進而避免產生有害產物及其副產物。它以“原子經濟性”為原則，從物質產生的源頭來控制廢物的產生從俄日減少對環境的污染，進而實現社會循環經濟以及可持續發展的目標。綠色化學作為一門具有明確社會需求和科學目標的新興交叉學科[1]，它從當代包括化學、生物、材料、物理、信息等多門學科中吸收了其最新理論及技術。它的主要課程任務是讓學生能夠了解或者掌握綠色化學中的基本概念、原理、方法、現狀和研究前景，使學生具備運用綠色化學的知識來解決環境污染問題的基礎能力，幫助學生建立全新的環保理念，樹立其科學發展觀，提高其綜合素養，并增強其社會責任感。

過量溫室氣體的排放加劇了溫室效應，這對全球的氣候產生了不良的影響，CO2作為溫室氣體的主要成員，減少它的排放被視為解決全球氣候問題最主要的解決途徑，而如何有效地減少碳排放也成為了全球性的議題。為了承擔起解決氣候變化問題中的大國責任、推動我國的生態文明建設以及高質量發展，習總書記在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上提出“力爭于2030年前CO2排放達到峰值，在2060年前爭取實現碳中和”，明確指出我國在面對氣候變化問題時要實現的“雙碳”目標。雙碳的目標內涵與綠色化學的概念高度一致，一方面，“雙碳”目標是加快綠色化學技術發展的重要抓手；另一方面，綠色化學學科為實現“雙碳”目標提供了有力理論支撐和智力支持。從源頭控制減少廢物產生的清潔生產以及綠色化學，在化學工業化生產的每一個階段都能夠嚴格地遵循以環境保護為首的根本原則，是在新文明觀引領下的經濟方式與科技范式應該打開的方式，為實現“雙碳”目標提供了強有力的理論支撐以及智力支持。

1 綠色化學思政元素

習近平總書記曾分別在全國高校思想政治工作會議(2016年)和中國共產黨第十九次全國代表大會上對高等院校的思政教育做出重要指示。作為高校教師，應將思想政治教育和正確的價值觀自然的浸潤到每一門及每一堂課中，不斷提升思想政治教育的親和力以及針對性，培養新時代“有理想、有本領、有擔當”的社會主義人才。其實，有很多的課程思政元素都可以通過巧妙的方法自然的融入到綠色化學課程的教學當中，舉例：(1)增強社會責任感和使命感：中華民族的永續發展是中華民族復興大業的內在要求，而構建人類命運共同體以及人與自然生命共同體則是人類可持續發展的客觀需要；(2)新型生態文明觀：建立學生對生態環境保護的責任意識，樹立“綠水青山就是金山銀山”的可持續發展理念；(3)堅定文化自信：將“生命共同體”的思想以及中國傳統文化中“天人合一”的思想有效融入，進而引導學生將天地宇宙和人與自然看作是一個有機整體；(4)培養創新精神：綠色化學作為一門兼具明確社會需求以及科學目標的新交叉學科，符合當今國際化學研究的前沿要求，可以培養學生科學的創新精神等。

目前，各類開設的綠色化學課程主要以綠色技術與方法為主要內容，學生缺乏對該課程學習的動力和激情，大部分學生都只注重于對該課程理論知識的學習，并不能夠將現有的綠色化學知識與當前的國家建設以及戰略政策聯系起來，雖然部分高校教師已經有意識地將思政元素融入到綠色化學課程的教學過程中，總的來說現階段建設綠色化學課程思政尚處于發展階段，因注重學生學習效果的反饋并吸取同行的教學經驗，及時在工作中進行經驗總結和思政教學方案的完善[2-3]。 “雙碳”目標的內涵與綠色化學理念完美契合，在教學過程中借由綠色化學基本原則來闡明“雙碳”目標的內涵，有效激發學生們對該門課程的學習熱情，進一步肩負起時代賦予他們的社會使命和責任，這一點極為契合當代時代主題的思政元素融合設計。如圖1所示，下面將以碳達峰與原子經濟性以及“5R”原則、碳中和與生物質以及CO2利用為例，具體闡述“雙碳”目標與綠色化學原則教學過程中的有機結合點。

圖1 “雙碳”目標與綠色化學原則有機結合示意圖Fig.1 Interaction diagram of “carbon peaking and carbon neutrality” targets and green chemistry principles

1.1 碳達峰與原子經濟性

所謂“碳達峰”，指某地區或行業年度的CO2排放量到達歷史的最高值，處于CO2排放量由增轉降的歷史拐點。截至2020年，全球現有五十四個國家的碳排放實現了達峰，共占據全球碳排放總量的40%，其中很多發達國家其實已經早早的實現了碳達峰，這為實現碳中和目標留下了相對比較充裕的時間。相比較于美歐國家，我國目前正處于經濟上升期，實現碳達峰以及碳中和目標的的年限相隔較短，因此對于我國來說欲實現“碳中和”的愿景可謂是“時間緊、難度大”。數據顯示，自2011年以后，我國每年的CO2排放量在90億噸以上，2019年達到了100億噸，這占全球CO2總排放量的27.9%，排名全球第一，是美國的2倍、歐盟28國的3倍[4]。

面對復雜局面和重大挑戰，在革命時期中國共產黨總結了“三大法寶”，主要是指黨的建設、武裝斗爭和統一戰線；在建設時期又發展了“新三大法寶”，分別為加強黨的執政能力建設、始終保持黨的先進性以及不斷開創中國特色社會主義事業新局面。同樣地，傳統化學有“三大法寶”：轉化率、選擇性和收率；綠色化學也發展了“新三大法寶”：原子經濟性、環境因子和環境熵。其中，原子經濟性指標是綠色化學區別于傳統化學的重要特征，對于含碳的反應，能做到原子經濟，則能從源頭上有效避免含碳廢棄物的產生，進而達到減碳目標，助力碳達峰。隨著不斷加快工業化的進程，全球性環境污染問題日益嚴重，“雙碳”目標的實現將顯著緩解當前的資源環境壓力，有力促進可持續發展。將綠色化學與“雙碳”目標的關系融入綠色化學基本原則教學過程，讓學生明白，保護環境不僅要對污染進行治理，更要基于“原子經濟性”原則，從源頭上控制并消除污染，進而實現低碳經濟，主要表現為低能耗、低污染和低排放，培養學生構建人類命運共同體以及保護生態環境的責任意識，樹立“綠水青山就是金山銀山”的發展理念，最后在發展中兼顧防治并全面落實“雙碳”目標，推動可持續發展的綠色進程。

1.2 碳達峰與“5R”原則

低碳技術是可以有效降低碳能源的消耗、減少溫室氣體的排放和防止氣候變暖所采取的技術手段。依照減排機理，低碳技術主要包括零碳技術、減碳技術以及負碳技術。由于我國碳排放仍未達峰，減碳技術現階段將發揮重要作用，以期消減峰值，降低碳中和壓力。碳減排技術重要應用于高排放領域，而綠色化學的“5R”原則就成了重要抓手。所謂“5R”原則即：Reduction(減量)、Recycling(回收)、Reuse(重復使用)、Rejection(拒用)、Regeneration(再生)。“5R”原則的貫徹將有力促進化學工業生產中關鍵工藝流程的低碳化改造，碳達峰目標的確立也將有力驅動“5R”原則的貫徹實施，二者相輔相成，相互促進。

比如煤炭是我國能源消費的主要需求，先進煤氣化技術作為可大幅提升合成氨等傳統煤化工產業水平的基礎技術之一，它在節能環保以及煤種適應性等方面有其獨特的優勢[5]。其一，可通過加強高溫余熱的回收利用來實現節能的有效降耗；其其二，可通過提高輸送密度，利用CO2來輸送煤氣，省去煤氣的干燥環節；其三，采用液態方式對碎煤渣進行排放，可實現廢水中有機成分的回收。目前，以晉華爐作為代表的水煤漿水冷壁廢鍋氣化爐，實現了裝備制造以及智能控制技術和煤化工技術、熱能技術的跨學科結合，可提高煤炭原料的利用效率，其減碳效果顯著。對于石化企業，一是通過“減量”減少二氧化碳排放，譬如大量配置電作為一次能源，減少其他能源消耗；二是通過“回收”實現生產過程降碳，譬如通過推廣高效換熱和低溫余熱利用等新技術，提高石化企業的用能效率；三是通過“拒用”減少二氧化碳排放，譬如首先停運規模小、能耗高、排放量大的裝置，逐步淘汰工藝落后、能效低、排放高、效益差的產能，向新材料、新能源、新業務等綠色低碳轉型[6]。

1.3 碳中和與生物質

“碳中和”又被稱為“二氧化碳凈零排放”，主要是指在特定時期內人為CO2移除在全球范圍內抵消人為CO2排放。無論是綠色化學基本原則中的原子經濟性，還是“5R”原則，其技術特征都是減碳的，其目的是節能減排，降低碳達峰時的峰值。欲實現“碳中和”目標，仍需要進一步發展零碳技術和負碳技術。對于化石基能源利用過程是增碳的，同學們比較好理解，但說到生物質能源是零碳的，部分同學則會感到困惑，直覺上，生物質燃料包括生物乙醇或者生物柴油等利用過程，也是排放二氧化碳的，這是因為沒有從全生命周期的角度評價，生物質在生長過程中會重新吸收二氧化碳。

因此，生物質能在國際上是公認的零碳可再生能源，可以通過發電、供熱、供氣等方式，廣泛應用于工業、農業、交通和生活的多個領域，是其他可再生能源無法替代的[7]。歷史上經濟發展與能源利用、溫室氣體排放的增加密切相關?？稍偕茉从兄跀[脫這種相關性，從而為可持續發展做出貢獻。如果資源得到可持續開發，并采用高效率的技術，那么生物能源具有減少溫室氣體排放的顯著潛力。現有的某些系統和未來的重要選擇，包括多年生的農作物、林產品、生物質殘余物以及一些先進的能源轉換技術，能夠顯著的發揮其對溫室氣體的減排作用，相比較于化石能源基準值，可減少80%～90%的排放。假如與 BECCS(生物能源與碳捕獲和儲存)技術相結合，生物質能甚至可以創造負碳排放。生物質能對我國各個領域實現2030年的碳達峰和2060年的碳中和具有十分重要的減排貢獻。

1.4 碳中和與CO2利用

“碳中和”的目標主要是指一邊降低CO2排放，一邊促進CO2吸收，用吸收量抵消排放量，而不單純是禁止CO2的排放。開發成本低和效率高的CO2捕集、濃縮和運輸技術，可靠的封存技術，以及有商業價值的下游利用技術(CCUS)，既能實現碳減排，又能獲得能源和化學品，一舉多得。在諸多解決方案中，將含量豐富、無毒且廉價的CO2作為C1源轉化為高附加值的精細化學品，使其變廢為寶，是其中最有效的策略之一[8]。

譬如，合成氣(H2/CO)作為主要的的化工原料，具有“合成工業的基石”的美譽。它主要是通過重整甲烷水蒸氣的方法來制備，而甲烷二氧化碳重整技術可以同時對兩種溫室氣體(CH4、CO2)產生消耗，獲得合成工業前驅物——合成氣，兼具環保性和經濟效益。而轉化成合成氣后將會有無限可能，如合成甲醇、丁醇、丁醛、甲酸、草酸、二甲醚、乙二醇等各類烴醇醚類高附加值化工產品，可以通過費托合成制得發動機燃料。除此之外，甲醇還可以通過加氫制得甲酸、甲醇，通過與環氧丙烷合成環狀碳酸酯、與鄰二醇合成碳酸丙烯酯制得系列精細化學品，通過與環氧化物共聚合成聚碳酸酯材料，通過礦化反應得到穩定的固態碳酸鹽礦化等。

2 “雙碳”和“綠色化學”的教學融合

在教學中還需要提醒同學們，目前我國仍然是世界上最大的發展中國家，還沒有完成工業化的進程，要實現碳達峰、碳中和，需要克服一系列的困難。實現碳達峰和碳中和的關鍵是協同發展與開發綠色化學技術和清潔能源，改變傳統以煤炭為主的高碳能源結構及電力結構，向低碳能源結構轉變。這需要政府、企業和全社會的共同努力，無論是對實體經濟還是與其緊密相關的金融體系，“雙碳”目標不僅僅是指綠色低碳，更是對社會經濟增長方式的徹底改變。作為化學化工專業學生要秉持綠色工程理念，夯實專業基礎知識，為我國雙碳目標的實現貢獻青春與智慧。

“雙碳”目標的實現，解決的關鍵問題是不斷擴充的人才需求數量和不斷提高的人才需求質量，培養綠色化學類人才，可有效促進化學化工的綠色發展，進而對推動并實現“雙碳”目標起到極大的作用。而對綠色化學人才的培養不僅是培養他們擁有扎實的專業知識和實踐能力，更要幫助他們樹立深刻并正確的的生態文明觀和價值觀，以實現“雙碳”目標和子孫后代的福祉作為自身的責任，爭取成為一名“有理想、有本領、有擔當”的綠色化學人才。

3 結 語

本文以綠色化學基本原則為例，聚焦“3060碳達峰、碳中和”目標內涵，深挖碳達峰與原子經濟性、碳達峰與“5R”原則、碳中和與生物質、碳中和與CO2利用等相關思政元素，闡明綠色化學基本原理與“雙碳”目標辯證關系。根據學生的需求與傾向，找到課程思政的切入點，圍繞責任感與使命感、新型生態文明觀、堅定文化自信、培養創新精神等重點，從可持續發展角度出發，在課程標準、課程內容、教學評價等每一個教學環節有機融入思想價值引領，重視課程目標和專業培養目標。緊繞綠色化學課程對教學目標和畢業目標的要求進行討論，以價值引領為中心原則，將知識傳授以及能力提升為目的，具有針對性地修訂和完善教學大綱，進一步明確專業課課程思政培養的目標，使專業課的教學能夠與思政教育起到相互促進、共同提高的協同作用。