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西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院近日在Environmental Impact Assessment Review期刊發(fā)表題為《Combining the life cycle model and corrosion model to analyze the impact of corrosion on carbon emissions of steel pipelines》文章，第一作者為西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院博士生顏安，通訊作者為唐鋆磊教授，共同作者包括任宏洋教授、李琋副教授、王兵教授等。該研究原創(chuàng)性地將生命周期模型與腐蝕模型相結(jié)合，以鋼質(zhì)管道為例系統(tǒng)分析了腐蝕與防護(hù)措施對(duì)鋼鐵材料碳排放的動(dòng)態(tài)影響，旨在為鋼鐵及其相關(guān)的大型民用和工業(yè)設(shè)施實(shí)現(xiàn)深度減碳提供理論支撐與方法路徑，為全球政府制訂相關(guān)領(lǐng)域的法律法規(guī)、政策和標(biāo)準(zhǔn)提供決策依據(jù)，為腐蝕、材料、工程、能源等相關(guān)領(lǐng)域研究者提供碳計(jì)量方法參考。

本研究成果是化工學(xué)科和環(huán)境學(xué)科教師合作進(jìn)行交叉領(lǐng)域研究的典型案例。

期刊簡(jiǎn)介：

Environmental Impact Assessment Review是國(guó)際知名的跨學(xué)科期刊，收錄于SSCI（社會(huì)科學(xué)引文索引），涉及戰(zhàn)略環(huán)境評(píng)估、社會(huì)影響評(píng)估、健康影響評(píng)估、可持續(xù)性評(píng)估等領(lǐng)域，2023年影響因子為9.8，在中科院分區(qū)中，大類(lèi)學(xué)科為社會(huì)學(xué)1區(qū)（小類(lèi)學(xué)科為環(huán)境研究1區(qū)），JCR分區(qū)為環(huán)境研究Q1區(qū)。期刊除了關(guān)注研究的原創(chuàng)性外，還特別強(qiáng)調(diào)研究成果對(duì)社會(huì)問(wèn)題的影響及其實(shí)用價(jià)值。

研究背景：

鋼鐵產(chǎn)業(yè)占中國(guó)碳排放的15%、全球的5%，鋼鐵材料是工業(yè)和民用設(shè)施的主要耗材之一，是碳減排關(guān)鍵領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)研究和政策研究均集中于生產(chǎn)環(huán)節(jié)減排，而材料服役壽命對(duì)長(zhǎng)期碳排放的影響被忽視。全球15–33%金屬年產(chǎn)量因腐蝕損失，其中10%不可回收。腐蝕縮短鋼鐵壽命，導(dǎo)致提前更換或廢棄，間接增加碳排放總量，實(shí)質(zhì)上增加了全球年碳排放量。

本研究是在團(tuán)隊(duì)2022年發(fā)表于《中國(guó)科學(xué)：技術(shù)科學(xué)》上的成果《腐蝕防護(hù)對(duì)鋼鐵材料降低碳排放的重要影響：以鋼質(zhì)管道全生命周期碳排放計(jì)量研究為例》（第一作者：顏安，通訊作者：唐鋆磊）基礎(chǔ)上的重要系統(tǒng)化理論進(jìn)展。

研究意義：

團(tuán)隊(duì)在全球首創(chuàng)提出“全生命周期年均碳排放”這一新的碳計(jì)量指標(biāo)，從時(shí)間維度上評(píng)估鋼鐵材料的碳足跡，明確指出腐蝕控制不僅不是成本負(fù)擔(dān)，更是推動(dòng)碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的戰(zhàn)略性投資。通過(guò)優(yōu)化防腐蝕措施，可將鋼質(zhì)管道的年均碳排放降低83%以上。一句話(huà)價(jià)值：延長(zhǎng)1噸鋼鐵的壽命，勝過(guò)減排1噸生產(chǎn)階段的CO?——因?yàn)樗苊饬宋磥?lái)N次高碳生產(chǎn)的重復(fù)發(fā)生。

圖1 典型環(huán)境下鋼制管道的全生命周期各階段碳排放及年均碳排放

研究方法：

本研究建立了考慮腐蝕控制工程的鋼鐵材料全生命周期碳排放計(jì)算模型，涵蓋制造、運(yùn)輸、安裝、服役、回收五大階段，最終得出動(dòng)態(tài)環(huán)境下鋼鐵材料全生命周期碳排放的計(jì)算公式。此外，研究還打破傳統(tǒng)材料腐蝕研究中“恒定服役環(huán)境”的假設(shè)，針對(duì)動(dòng)態(tài)腐蝕環(huán)境建立了一套實(shí)驗(yàn)與模擬相結(jié)合的壽命預(yù)測(cè)方法，為材料腐蝕的碳計(jì)量提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

圖2 管道壽命預(yù)測(cè)流程

圖3 鋼鐵材料的生命周期

研究?jī)?nèi)容：

在油田開(kāi)發(fā)設(shè)施、化工生產(chǎn)設(shè)施、大型民用設(shè)施等的全生命周期視角下，耐腐蝕性能較差的鋼鐵材料會(huì)面臨更換的問(wèn)題，進(jìn)而產(chǎn)生大量的碳排放。因此本研究提出“腐蝕年碳排放貢獻(xiàn)值”新指標(biāo)，用于定量評(píng)估腐蝕在動(dòng)態(tài)環(huán)境中引發(fā)的額外碳排放負(fù)擔(dān)。首次揭示了腐蝕進(jìn)程隨時(shí)間推移而加劇所引發(fā)的碳排放放大效應(yīng)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)階段的材料選擇。例如油氣田開(kāi)發(fā)后期，含水率上升使碳鋼管道更換頻率顯著提高，導(dǎo)致碳排放急劇增加。

圖4 油田開(kāi)發(fā)周期下油管的實(shí)際碳排放與碳排放貢獻(xiàn)值

圖5 油田開(kāi)發(fā)周期下套管的實(shí)際碳排放與碳排放貢獻(xiàn)值

討論與建議：

在許多工業(yè)和民用場(chǎng)景中，腐蝕環(huán)境隨時(shí)間惡化，需在設(shè)計(jì)階段通過(guò)科學(xué)選材和腐蝕防護(hù)措施綜合應(yīng)用去匹配設(shè)備設(shè)施的全生命周期需求。應(yīng)建立基于碳足跡控制的全生命周期完整性管理框架，涵蓋環(huán)境表征、壽命評(píng)估、材料選型，為不同基礎(chǔ)設(shè)施制定腐蝕防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，平衡壽命與碳排放。該研究將腐蝕管理系統(tǒng)性地納入鋼鐵行業(yè)及其相關(guān)大型工業(yè)和民用基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)、建設(shè)和維護(hù)的碳中和戰(zhàn)略，不僅能夠提升鋼鐵材料使用效率，還能顯著降低生命周期碳足跡，實(shí)現(xiàn)“安全+減碳”的雙贏(yíng)路徑。這一“材料壽命管理+碳減排”融合模式，為全球鋼鐵、建筑、交通等工業(yè)和民用領(lǐng)域提供了有效的碳減排解決方案。

圖6 基于碳足跡的全周期完整性管理框架

論文通訊作者唐鋆磊教授為國(guó)家重大人才工程青年學(xué)者，中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)常務(wù)理事、中國(guó)石油學(xué)會(huì)新能源專(zhuān)委會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)，率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)聚焦油氣能源與氫能融合發(fā)展戰(zhàn)略與關(guān)鍵技術(shù)、氫能材料與裝備技術(shù)、能源裝備與材料腐蝕與防護(hù)、碳中和戰(zhàn)略等領(lǐng)域的學(xué)科交叉研究，近年來(lái)在材料化工、裝備制造、人工智能、社會(huì)學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域發(fā)表學(xué)術(shù)論文130余篇，在學(xué)術(shù)會(huì)議大會(huì)、分會(huì)作邀請(qǐng)報(bào)告20余次，承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“氫能技術(shù)”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目等國(guó)家重大科技攻關(guān)任務(wù)。

論文第一作者顏安同學(xué)本科畢業(yè)于北京化工大學(xué)化工專(zhuān)業(yè)，在西南石油大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)專(zhuān)業(yè)碩博連讀，主要研究方向?yàn)橛蜌忾_(kāi)發(fā)與氫能開(kāi)發(fā)的“環(huán)境-技術(shù)-經(jīng)濟(jì)”模型與碳計(jì)量方法研究。

近年來(lái)，學(xué)院牽頭建設(shè)學(xué)校碳中和科學(xué)與工程交叉學(xué)科博士點(diǎn)，作為主要學(xué)院之一推動(dòng)學(xué)校在傳統(tǒng)能源學(xué)科優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，以天然氣清潔開(kāi)發(fā)、油氣與新能源融合發(fā)展、氫能、光伏、CCUS為新學(xué)科增長(zhǎng)點(diǎn)，構(gòu)建了能源特色突出的“技術(shù)攻關(guān)—平臺(tái)建設(shè)—產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化—政策賦能”的碳中和研究體系，并為國(guó)家和地方政府、能源行業(yè)提供智庫(kù)服務(wù)。

論文原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.eiar.2025.108027