全球化时代化肥产业的挑战和应对

沈华民

（中国化工学会化肥专业委员会，上海 200062）

1 全球化时代的特点

上世纪80～90年代，由于IT产业的迅猛发展，信息化、互联网使人类进入全球化时代，信息化和互联网拉近了世界各地的距离，全球已成为地球村。

由美国等西方发达国家主导并推动的全球化时代其特点是多方面的，本文主要讨论经济和科学两方面的特点。

全球经济一体化使世界各国经济相互依存、互为补充。故而全球化促进了世界经济均衡发展。对于美国等西方发达国家，随着IT产业的发展，也带动其他高新产业和新能源产业的兴起，这些发达国家纷纷撤出低端产业链领域，并将传统产业资金技术人才转向高端产业、高新技术产品和金融产业，以及新能源的研发，提升了国家的软实力。

由此可见，西方发达国家力图通过全球经济一体化，通过释放市场对全球经济再分工：他们以生产控制高端产品高新技术为主；发展中国家以生产低端产品为主。但由此也造成美国等发达国家实体经济结构严重失衡，从而在2007年底爆发了金融危机和经济危机，这是美国等西方发达国家始料未及的。

全球经济一体化时代也给中国等发展中国家带来了机遇，以中国为代表的发展中国家，还有印度、巴西、俄罗斯、南非等金砖国家的经济得以高速发展，迅速填补了西方国家留下的经济空缺。在此期间，我国化肥产业也大力发展，大量引进先进化肥装置，大中小化肥齐头并进。

目前，中国经济实力已大为增长，成为全球第一制造大国，占世界制造业的19.8%，美国为19.4%；去年中国已成为世界第二大经济体，2010年占全球GDP的9.5%，相当于美国GDP的40.2%；外汇储备达3万亿美元。

这一切都得益于全球化时代经济一体化的形成。

全球化时代另一特点是促进了科学技术全球广泛的合作，“人造太阳”科研项目是最为典型的全球规模最大、影响最为深远的新能源国际科研合作项目。

基于传统石化能源的三废污染性以及对气候变化的影响，上世纪80年代中期美国、苏联、欧盟联合实施了国际热核实验反应堆ITER计划，也称人造太阳计划。模拟太阳能释放过程，即受控热核聚变实验反应堆。2003年中国、印度、日本、韩国加入，成为七方合作项目。2007年运作。这是全球范围的科研合作项目。

受控热核聚变能是清洁高效而又无核电放射性污染的人造太阳能，ITER计划的实施将决定人类能否迅速大规模地使用核聚变能，从而解决人类新能源问题。

然而，美国等西方发达国家在推动全球化科研合作的同时，当然也决不会轻易放弃在科学技术上的主导权和控制权，凭借他们的科学技术强势地位，对于高新技术的合作研发，大多以科学先进的七国集团（G7）为主，而将发展中国家排除在外；同时，宣称人类社会已进入知识经济时代，将知识经济化，对于已研制成功的高科技产品，也不轻易卖给中国等发展中国家，从而造成中国贸易顺差。

而对于传统产业，西方发达国家为了保护他们的先进强势格局及既得利益，保护其对科技知识以及技术复杂的传统产业的垄断和控制地位，将传统产业的科学知识与技术融为一体，组合成科技知识产权，加以保护。故而他们虽然口头上宣传科学技术全球一体化，但却用知识经济化来掩盖其对科学知识保护之本质。

知识经济时代对于技术复杂的传统产业继续深化发展，特别是发展中国家传统产业的发展是极为不利的。以下进一步讨论知识经济时代对传统化肥产业产生的影响。

化肥产业是技术复杂的传统产业，经过西方发达国家数十年乃至百余年的研究，技术日臻完善，其技术开发空间和提升力度日趋减小，尤其是20世纪下半叶，由于电子计算机及计算技术的发展，西方发达国家已经对传统化肥产业进行了数学模型的开发和计算，从而基本掌握了化肥产业的知识核心和技术核心，以及发展趋势和规律。故而，欧美等发达国家在20世纪90年代将化肥产业定位为 “夕阳产业”，不再继续发展。原来的技术力量只留守部分，其余的纷纷转向信息产业、高新技术、新能源等 “朝阳产业”；或开展新一轮全新的化肥技术研究。与此同时，为了保持其对传统化肥产业的技术垄断，先进化肥公司遂将化肥产业的科技知识与技术融为一体，组合成 “科技专利”，并且积极宣传人类已进入知识经济时代，以期继续保持其对化肥产业技术和知识的双重控制。这一切，阻碍并滞缓了发展中国家对化肥产业的继续发展和节能降耗。

2 传统化肥产业的弊病

2.1 传统化肥生产过程分析

传统的化肥产业是以地下资源为主要原料：氮肥以地下碳基石化资源为原料；磷钾肥以含磷钾的矿石为原料。在开采、提炼、制造过程中还要消耗大量能源，其能源供应以传统的碳基石化原料为主。

传统化肥生产过程可表达如下：

2.2 弊 端

从上述通用表达式可见，传统化肥生产有如下特点和弊端。① 原料采自地下资源，都是不可再生的；经过数百余年的开采，已日渐枯竭。②排出的三废产物污染了人类生存的自然环境；有的化肥，如基础氮肥——合成氨、尿素，还会排出温室气体CO2，形成温室效应，导致地球平均温度升高，气候变化无常，经常有极端天气出现。③化肥生产还是高耗能产业，在采矿、提炼和制造的每个环节都要消耗能源。尤其是基础氮肥产品——合成氨和尿素，均是在高温高压条件下生产的，这不但投资巨大，也是导致产品能耗高的重要原因。

化肥生产的能源一般是碳基石化资源，如煤、石油、天然气。这些地下资源的利用过程也排出三废物质；同时还排出CO2等温室气体。

由此可见，化肥产品排出的三废物质和CO2温室气体是双重的。人类虽然得到了化肥产品，但造成了人类自身生存环境和气候环境受污染和危害，人类必须对这种黑色高碳型高能耗生产模式进行反思并改革。

3 挑战与现实

由上分析可见，全球化时代传统的化肥产业面临着两大挑战：其一为传统化肥产业的高碳型黑色生产过程造成的环境污染和气候问题；其二为知识经济时代由于西方发达国家进行知识技术封锁垄断，从而遇到技术如何持续发展的问题。

然而，从现实角度来考察，人类为了生存，不能缺少化肥。最近联合国粮农组织报道，由于全世界各地相继出现极端天气而造成粮食减产，已经为粮食危机敲响了警钟。化肥是粮食的 “粮食”，因此，人类，特别是发展中国家还需要生产化肥，并进一步发展化肥来保障粮食的供应。

我国作为最大的发展中国家，拥有13亿以上的人口，基于我国仍然是农业大国且地少人多这一国情，粮食安全至关重要，因而毋庸置疑，党和政府今后必然会继续支持传统化肥产业的正常生产和发展。然而，面对全球化时代的上述挑战，化肥产业将如何应对？

4 应对措施

我国国民经济发展必须走绿色低碳经济发展模式已写入党的十七届五中报告及我国十二·五规划纲要：“面对日趋强化的资源环境约束，必须增强危机意识，树立绿色低碳发展理念，以节能减排为重点，健全激励约束机制，加快构建资源节约型、环境友好型生产方式和消费模式。”

十二·五期间国民经济单位产值GDP的能耗指标下降16%；二氧化碳排放量下降17%。

若将我国十二·五规划精神引入化肥产业，必须切实改变传统的黑色高碳型生产模式，走节能减排为主线的绿色低碳型经济发展模式。

再从十二·五上述两项指标来分析，都与化肥产业的运作关系密切。由于我国能源的80%来自排放CO2的石化能源，因此，对于只耗能而无排放CO2的普通产业而言，十二·五期间，控制能耗下降16%已是极限要求；而对于既耗能又排CO2的传统化肥产业，因为还有碳耗指标，故而压力更大。为此，十二·五期间化肥产业必须承担降能耗降碳耗的双重任务。切实推动化肥产业走既节能降耗又减排三废产物和CO2为主线的绿色低碳发展模式具有艰巨的紧迫性。

对于这一新的化肥发展模式，可归纳说明如下。

4.1 三废治理

全面治理化肥产业在采矿、炼制及生产过程中排放出来的废渣、废水、废气，实现零排放及循环经济。保护化肥生产区域的生态环境，将原来的黑色污染产业改造成绿色产业。三废治理是创建我国绿色化肥产业首要的任务。工信部就三废治理淘汰落后产能的力度逐年加大，化肥产业理应积极治理本行业存在的三废污染，具有紧迫性。

4.2 减排CO2

近年来，天气变化无常，极端灾害性气候频繁出现，气候变化已成为危及人类生存与生活的严重问题，是当前全人类面临的共同挑战之一。

然而，气候变化是极为复杂的科学问题，究其原因，可能是自然因素；也可能是人为因素。持不同观点者虽有争论，但气候变化是两者共同作用之观点已取得共识。

所谓人为因素，主要指人类利用地下碳基石化物质，如油、煤、天然气等，产生能源而排出CO2，形成温室效应，从而使地球温度升高及大气变化复杂。为防止CO2浓度继续升高，从上世纪90年代起，联合国召开了多次气候会议，达成了减排CO2以应对气候变化的共识。《联合国气候变化框架公约》（1990）及《京都议定书》（1997）确定的原则为，西方发达国家应承担明确的减排CO2目标；发展中国家不承担减排CO2目标但应负有减排义务。2009年底的《哥本哈根协议》确立了共同但有区别的责任原则，发达国家实行强制减排而发展中国家采取自主减排的行动。

我国作为负责任的发展中大国，在人类共同应对气候变化的挑战中也应积极行动。为此，我国在十二·五规划中制定了两个约束性指标：能耗下降16%；CO2排放下降17%。

CO2排放除了能源利用之外，其他国民经济部门，如化肥产业，若用碳基石化资源来生产基础化肥——合成氨，同样也会排放CO2。若以煤为原料，元素平衡式如下：

可见，生产1tNH3，会同时排出2.28t CO2，其排放的CO2量很为可观。故而化肥产业更应自觉减排CO2，以消化十二·五规划中设定的CO2排放下降17%的约束性指标。本文提出如下应对措施。

（1）生产固碳化肥产品

利用基础化肥液氨能与CO2反应的特性，将合成氨生产过程中释放出来的CO2固定，并固化为固体化肥产品，从而达到减排CO2之目的，这是一个既生产化肥又达到减排CO2的一举两得之举。

若以液NH3为原料来生产NH4NO3，NH4Cl，（NH4）2SO4等化肥产品，或用NH3生产其他下游产品，则并无固碳功能。在氮肥生产中，只有尿素和碳酸氢铵两种化肥产品具有固碳功能，反应式如下：

由反应式可见，碳酸氢铵的固碳功能最为理想，优于尿素。

用元素平衡式可以分析，不论以何种原料（煤、石油、天然气）生产碳酸氢铵，都能固定系统中释放出的所有CO2，液氨还有多余可供进一步减排之用。而生产尿素时，只有以天然气、轻油为原料系统的CO2才能全部固定；若以煤为原料，系统并不能固定所有的CO2，仍有部分CO2要排入大气。

（2）固碳技术

将碳基石化资源利用过程中排出的CO2固定住并存封，使之不排入大气，就是“固碳技术”。

先考察一下目前世界关注并正在开发的 “深埋固碳技术”，包括脱碳、压缩、封存三个阶段。

用物理或化学吸收法将石化电厂或其他产业排出的CO2吸收下来，再解吸回收为纯CO2气体（第一阶段）；在高压下压缩为液态（第二阶段）；液化后将其深埋封存于海洋深处或地下深处（第三阶段）。

化肥产业之一的合成氨生产中，将系统中产生的CO2脱除及回收是工艺的要求，故而脱碳技术是一项现成而成熟的技术，即对于合成氨工艺而言，“深埋固碳技术”的前两阶段（脱碳和压缩）并不困难，只要将压缩成液态的CO2去封存深埋即可。

由此可见，化肥产业开发 “深埋固碳技术”具有独特的行业技术优势，这是排碳大户火电站所不具备的。建议政府相关部门组织团队协作，建设我国 “深埋固碳技术”示范装置。开发出的技术不但可在本行业应用，还可推广到传统的石化电站，在我国CO2减排中发挥作用。项目经费建议从国际能源署碳融资基金获得。

4.3 节能与低碳经济

全球化时代的节能已提升到一个崭新的高度。节能也已赋予了全新内容：因为节能不单联系着经济效益与产品的成本，同时还与气候变化等因素相关联。基于能源主要来自碳基石化资源的实际情况，故而能耗越高，CO2排放也越多。为此，各国政府积极倡导以减排CO2为主旋律的节能型低碳经济发展模式。节能即减少碳足迹的理念已渗透到国民经济社会生活的方方面面。

对于化肥产业而言，由于技术复杂，我国的化肥装置基本上依靠引进国外先进技术，而西方发达国家已将其定位为夕阳产业，不再继续发展。并且在知识经济时代，知识技术封锁与垄断的情况下，欲使装置能耗指标有所突破，将能耗进一步降低，难度不小。

本文认为，化肥产业的节能与低碳经济，应重点开展以消化吸收先进技术的知识核心为主，进行自主知识创新，然后以创新知识为导引，开发与我国国情相适应、具有中国特色的化肥新技术，这是引领我国传统化肥产业实现新的节能型低碳经济发展模式并走向化肥强国的合理途径。

4.4 探索研究新的化肥生产方法

人类施用化肥使农作物增产，虽然不足一百年时间，然而随着世界人口的快速增长，城市的不断扩张，粮食的需求大为增加，因而现在人类已离不开化肥。

但是，随着全球化和低碳经济时代的到来，人类必须重新审视传统化肥生产方法和过程，权衡化肥生产对人类的利弊得失。

传统化肥生产主要存在两方面的问题：原料问题；投资与能耗问题。

若以基础化肥合成氨来考察上述两问题：工业上合成氨生产的原料以碳基石化资源（煤、石油、天然气）为主，与传统火电厂的原料相同。从而其弊端亦同时显现：排出的三废物质污染了人类生存环境，尤其是排出的CO2温室气体使天气变化无常，全世界深受其害，此点最为令人忧虑！另一方面，碳基资源是不可再生的，经过一二百年的挖掘已逐年减少，有朝一日终究会枯竭。现在西方发达国家都将本国煤炭石油等作为战略资源不再继续开采。

同时，化肥生产的建设投资和生产能耗也十分巨大，亟需改革。仍以合成氨为例，由于采用碳基原料及高温高压条件下操作，建设合成氨生产装置的投资费十分昂贵，新建一套大型化肥装置需数十亿人民币；另外，单位化肥产品能耗也很高，如果沿袭传统的合成氨生产路线，能耗已临近极限，约为超过理论能耗的50%～100%，已不可能有大的突破。

为此，人类必须未雨绸缪，针对上述两大问题开展探索研究。不言而喻，西方发达国家必然会率先开展探索性实验研究，只是未报道而已。

我国的应对措施：① 首先要搜集西方发达国家针对上述问题而开展研究的科技信息；②同时，国家科技部也应组织班子，启动上述两方面的实验探索研究。