钙基绿色新材料是以含钙矿物或固废为原料，采用绿色清洁工艺技术所生产的以特种纳米碳酸钙为主体并具有高效补强、增容、遮盖、分散等多种功能特性的新型复合材料，可替代炭黑、白炭黑、钛白粉、玻璃纤维等传统材料以及碳纳米管等新型材料，广泛应用于橡胶、塑料、涂料、造纸等行业中。目前，钙基绿色新材料的研发、生产和销售在国内外尚处于空白，但市场应用前景非常广阔，初步估算其市场需求量可达上千万吨，产值近千亿元。

包炜军博士，中国科学院过程工程研究所副研究员，硕士研究生指导老师，来自于革命老区湖北省黄冈市团风县。2000年考入北京化工大学，就读于化学工程与工艺专业，2004年进入中国科学院过程工程研究所硕博连读，师从张懿院士和李会泉研究员，在两位导师的指导下，主要开展温室气体二氧化碳的资源化固定与减排研究工作。自2005年进入实验室后，首次接触到温室气体二氧化碳矿物碳酸化固定这种具有国际前沿的研究领域。当时对于温室气体二氧化碳的固定与减排研究工作，在国内还未引起重视，尚未见相关研究报道。通过深入的文献调研，了解到欧美、日本等发达国家更早就进行了深入研究，但尚处于实验室研究阶段。温室气体二氧化碳矿物碳酸化固定其原理是利用含钙镁的矿物原料与烟气中的二氧化碳气体通过直接或间接碳酸化反应，将其转化为更加稳定的碳酸盐产品进行填埋或利用，由此实现温室气体二氧化碳的固定与减排。由于实验室主要从事湿法冶金清洁生产技术方面的研究工作，这为温室气体二氧化碳矿物碳酸化固定研究工作的顺利开展提供了有利条件。基于实验室的研究突破和详细的文献调研，于2007年在国内化工类核心刊物《化工学报》发表了第一篇有关温室气体二氧化碳矿物碳酸化固定的综述性文章。文章首次提出采用工业固体废弃物间接矿物碳酸化固定二氧化碳是一种最具有工业应用前景的技术路线。这为钙基绿色新材料的提出奠定了理论基础。

其实，对于温室气体二氧化碳矿物碳酸化固定的研究工作具有较大的挑战性，不仅需要基础理论的突破，而且还需要有工业化可操作性。尽管温室气体二氧化碳矿物碳酸化固定的原料来源非常丰富，如每年我国钢铁行业产生的大量难利用钢渣达7000万吨，其利用率不足50%，这些钢渣中含有丰富的钙镁资源，可以固定减排大量的温室气体二氧化碳，但是排放烟气中的二氧化碳一般浓度较低，二氧化碳矿物碳酸化固定反应效率不高，并且钢渣固定二氧化碳后的产物如果得不到有效利用，将会导致二氧化碳固定成本太高，无法被工业界所接受。目前，由于受大环境影响，以及温室气体二氧化碳矿物碳酸化固定成本高的限制，国外一直没有实现其工业化。通过深入的实验室基础研究，将湿法冶金与生态循环工程学新理论应用于温室气体二氧化碳矿物碳酸化固定过程，提出了钢渣尾渣间接碳酸化固定温室气体二氧化碳的新工艺，不仅有效提升了二氧化碳矿物碳酸化固定反应效率，而且也可实现钢渣固定二氧化碳后产物的有效利用，显示出良好的工业化应用前景，由此初步实现了温室气体二氧化碳矿物碳酸化固定的基础理论突破。基于上述理论研究，包炜军于2009年顺利地获得了工学博士学位。博士毕业后留所工作，继续从事温室气体二氧化碳矿物碳酸化固定的研究工作，先后开展了其他含钙工业固废如磷石膏、电石渣等矿物碳酸化固定二氧化碳的研究工作，也获得了国家自然科学基金项目、“十二五”国家863计划重点项目，“十二五”国家科技支撑计划重点项目以及国家重点研发计划项目等课题的资助，通过多套中试装置的建设与调试运行，为实现温室气体二氧化碳矿物碳酸化固定技术的工业化应用积累了丰富经验，也提供了良好的技术支撑。

由于我国温室气体二氧化碳排放特点，水泥、石灰等建材行业温室气体二氧化碳排放量已经占到我国总二氧化碳排放量的10%左右，面临巨大的二氧化碳减排压力。水泥、石灰等建材行业一般都需要以石灰石为原料，因此产生大量的含钙工业固废，同时排放烟气中的二氧化碳浓度相对较高，这为发展温室气体二氧化碳矿物碳酸化固定技术创造了良好条件。由此，我们将研究领域由传统钢铁、化工行业移向生产水泥、石灰等建材行业。进一步深入的研究发现，采用水泥、石灰等建材行业产生的含钙工业固废如废石粉、除尘灰、高钙灰等为原料，通过与烟气中的二氧化碳反应可以生成一种具有多种功能的特种纳米碳酸钙产品。这种特种纳米碳酸钙产品既可以单独使用，也可以作为良好载体与其他材料复合，形成新型复合材料代替炭黑、白炭黑、钛白粉、玻璃纤维等传统材料以及碳纳米管等新型材料，广泛应用于橡胶、塑料、涂料、造纸等行业中。基于此，我们于2018年与山西金恒建材有限公司合作，深入开展石灰石资源清洁制备钙基绿色新材料的产业化研究。

在山西省吕梁市及柳林县政府各级领导的关怀和支持下，以及山西金恒建材有限公司、山西金恒新材料有限公司的大力支持下，合作项目石灰石资源清洁制备钙基绿色新材料取得了良好进展。首先组建了“山西金恒钙基新材料联合实验室”，建立了石灰石资源清洁制备钙基绿色新材料百吨级扩试装置，实现了钙基绿色新材料产品的批量制备。其次，建成了世界上首条石灰石资源清洁制备钙基绿色新材料千吨级工业化生产装置，完成了开车调试，实现了稳定运行。所生产的产品广泛应用于轮胎橡胶、塑料、涂料等行业中，市场需求旺盛，效益显著。石灰石资源清洁制备钙基绿色新材料项目，不仅可以实现传统石灰石资源的增值利用，如石灰石矿物从建筑碎石到水泥、石灰产品再到钙基绿色新材料产品，附加值提升上百倍，而且也显现出良好的环保与社会效益。传统水泥、石灰等建材产业排放烟气中的二氧化碳得到利用，产生余热也得到充分利用，二氧化碳减排效果显著。特别是对于吕梁地区石灰石矿产资源丰富特点，发展钙基绿色新材料产业既可以提升传统建材产业环保水平，又可以有效节约石灰石矿产资源，具有广阔的应用前景。

自从踏进中科院过程所的实验室，就与“二氧化碳、碳酸钙”结下了不解之缘，到如今已有十余载。鲁迅先生说过“世上本没有路，走的人多了也就成了路”。包炜军说搞科研就像地上的路，只有天天走，年年走，才能走出一条通往光明的科学之路。特别是像碳酸钙这种很普通的无机非金属材料，如果没有发现钙基绿色新材料，也许十余载研究的温室气体二氧化碳矿物碳酸化固定技术将永远封存在书本中。包炜军希望发展好钙基绿色新材料产业，早日实现温室气体二氧化碳矿物碳酸化固定技术产业化，不仅可以为我国大规模碳减排提供技术支撑，占领科技竞争制高点，而且也为我国传统产业转型升级提供帮助。

吕梁市科学技术局供稿