烯烃生产的低碳评价
通过结合文献调研和工艺模拟，设计并考察了以煤、石油、天然气、生物质和CO2为原料制备烯烃的20种生产路线，然后进行了技术经济分析和生命周期碳排放评价，发现煤经甲醇制烯烃路线的经济性最高。当以石脑油蒸汽裂解路线为参考标准时，除生物质经甲醇制烯烃工艺成本接近该值外，其余以可再生能源为原料的生产路线均缺乏经济竞争力。扩大生产规模和降低原料价格可以提升经济竞争力，但是目前单纯的依靠这两种手段实现可再生资源工艺路线盈利的难度较大，需要进一步结合工艺优化、过程升级等措施。在生命周期碳排放方面，以生物质为原料的工艺路线具有显著优势，但以CO2为原料的工艺路线目前生命周期碳排放较高，主要受氢气生产方式的影响。煤化工路线碳排放最高，气化环节是主要的影响环节，集成碳捕集与封存后，煤化工路线的碳排放可降低47%–53%，但仍高于除CO2路线外的其他工艺。考察我国过去17年间乙烯行业的CO2排放，发现单位乙烯的生命周期CO2排放减少了29.4%，但由于乙烯产量的增加，行业总的CO2排放提高了249%，基于该规律，并结合乙烯的发展潜力、市场及政策，提出通过以年均1.1%的增长速率发展生物质制乙烯的路线实现乙烯行业在2030年达到的CO2排放峰值的方案。相关工作发表于Journal of Cleaner Production, 2017, 163, 285–292, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018, 97, 580–591, Journal of Energy Chemistry, 2021, 56, 193–202。
生物质乙二醇的生产评价
针对尚未工业化的生物质乙二醇构建了工艺模型和生命周期模型，并与成熟的石油基乙二醇和煤基乙二醇对比了技术经济性、生命周期一次化石能源消耗和碳排放，预判其工业化过程中可能存在的制约因素，结果表明生物质基乙二醇生产成本最高，煤基乙二醇生产成本最低，但在碳排放和化石能源消耗方面，两者相反。进一步考察制约生物质乙二醇工业化的生产要素，针对性地提出5种改进措施并确定盈亏平衡点，包括提高乙二醇收率、提高预处理产物浓度、发展更高效的脱水技术、提高生物质的收集率、发展清洁高效的氢源等，最后通过情景分析考察了碳税对生物质基乙二醇的影响，为生物质基乙二醇的工业化放大提供技术方案。相关工作发表于Chemical Engineering Journal, 2021, 411, 128516。
光催化制备长链烷烃的生产评价
基于光催化脂肪酸脱羧制备长链烷烃的基础研究，设计了以大豆油脂肪酸为原料，经光催化反应制备柴油的生产工艺模型。在此基础上进行生命周期评价，发现与石化柴油相比，该工艺目前没有实现节能减排的预期目标。为实现环境友好性，设置情景分析探索发电方式、量子效率、发光效率、溶剂与底物质量比等因素对环境效益的影响，确定目标值，为实现长链烷烃的清洁生产提供建议。相关工作发表于Nature Catalysis, 2020, 3(2), 170–178。
生物质制备环己烷类化学品的生命周期碳排放
对1,4-环己烷二甲醇、1,4-环己烷二甲酸和1,2-环己烷二甲酸二乙酯，设计了生物质生产的工艺模型，并运用化工模拟生成了工艺清单，以此进行生命周期碳排放，结果表明生产过程中高的醇酸（溶剂与底物）比例和生物质预处理过程中高的溶剂消耗是造成三种化学品在生物质路线中环境影响高的主要因素，为下一步的实验改进指明方向。相关工作发表于Angewandte Chemie International Edition, 2018, 57(23), 6901–6905。
