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| 包信和院士：煤炭應盡量少用于燃燒發(fā)電、多實施高效轉化 | |||
| 煤炭資訊網(wǎng) | 2020/5/28 11:37:15 頭條 | ||
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:煤炭是我國的主體能源和重要工業(yè)原料。今年的政府工作報告再次強調，“推進煤炭清潔高效利用”。 如何做好“清潔高效”的大文章？全國人大常委會委員、中國科學院院士、中國科學技術大學校長包信和認為，在未來能源體系中，煤炭應盡量少用于燃燒發(fā)電、多實施高效轉化。 一方面，在技術成熟、成本降低的前提下，利用風、光和核等可再生能源替代煤電，逐步降低煤在發(fā)電中的比例，是經濟社會發(fā)展的愿景和必然趨勢。 另一方面，隨著新材料的需求越來越旺盛，碳資源需求量隨之增加。在我國，煤炭正是最現(xiàn)實、最可靠的“碳源”選項。而要使煤成為綠色高效的碳資源，二氧化碳排放、高耗水，及廢水，廢渣處理是必須面對的現(xiàn)實問題。 中國能源報：隨著能源轉型進程加速，當前不乏“去煤化”呼聲。對此，您怎么看？ 包信和：我國的能源結構長期以煤為主，但不少地方現(xiàn)在提到煤炭就打怵，為何？主要是因為，煤在使用過程中排放大量二氧化碳，消耗大量水資源，對環(huán)境產生大量污染。 是不是因此就要“去煤”呢？受多重因素影響，今年的國際能源市場充滿變數(shù)，給保障能源安全敲響警鐘。2019年，我國原油和石油對外依存度雙破72%，天然氣對外依存度突破46%。從已探明的開采量來看，我國石油大概可采12年，天然氣大概可采30年，煤炭還可以采50年以上。在一定期間內，尤其是動蕩的國際大環(huán)境下，真正靠得住、自主的主體能源還是煤，煤炭是我國能源安全的“壓艙石”。 中國能源報：圍繞“清潔高效”，如何充分挖掘煤的潛力？ 包信和：煤炭在我國有兩種主流利用方式。一是作為能源，燃燒發(fā)電；二是作為原料，制備化學品。 煤電在我國電力供應結構中占比一直超過50%，但隨著可再生能源技術發(fā)展、成本降低，煤炭應該不再是發(fā)電的唯一選擇，風電、光伏及先進核電等新能源逐步替代煤電，是我國經濟社會發(fā)展的愿景和必然趨勢。未來，煤到底還要不要大比例用于發(fā)電，是一個值得探討的問題。 另一方面，我國對化學品的需求量非常大，現(xiàn)有獲得途徑主要依賴原油。以烯烴為例，從傳統(tǒng)的石腦油裂解產生烯烴，10噸原油約可煉制3噸石腦油，進而得到1噸左右烯烴。我國每年約消耗5000萬噸左右烯烴，相當于必須具備5億噸煉油能力，同時消耗大量油資源。在“貧油、少氣、相對富煤”的資源稟賦下，我們很難像國外那樣完全依賴石油化工，利用煤炭制備化學品是符合國情的現(xiàn)實之選。比如，我國煤制烯烴年產量已超過1000萬噸，可降低我國珍貴的石油消耗。 從轉化過程來看，制備化學品少不了“碳”這一重要元素。該元素無法從可再生能源中直接獲取，自然界經過億萬年演變，以化石資源的方式將最好的“碳源”保存了下來。在我國，最豐厚的“碳源”就是煤炭。未來如何大量從可再生資源獲取穩(wěn)定的碳源，至少目前尚不明確。 對此，我們必須“精打細算”地用好這些不可再生的碳資源。在可再生能源發(fā)展日漸成熟的基礎上，發(fā)電用煤能少就盡量少。把煤用作碳資源制備更多化學品，即發(fā)展現(xiàn)代煤化工，是未來清潔高效利用的主要途徑。 中國能源報：既然是主流途徑，現(xiàn)代煤化工為何長期存在爭議？ 包信和：一個主要原因是經濟問題。 大家會討論，國際油價到多少時煤化工才有利可圖。在某種意義上，這是一個偽命題。一方面，盡管不是完全綁定，但從趨勢來講，各種能源的價格在一定時間內總是要趨同的，不存在長期脫鉤。另一方面，由于種種原因，國際油價波動很大，從戰(zhàn)略來講很難根據(jù)某一時的油價來決定煤化工項目的上下去留。從國內幾個在運煤化工企業(yè)來看，其經濟性很大程度取決于企業(yè)是否有自備煤田，原煤有沒有經過中間加價。 除了經濟性考量外，目前對煤化工的詬病主要集中在三個方面。要實現(xiàn)清潔高效利用，這三個關鍵問題必須徹底解決。 一是二氧化碳排放。煤的結構及反應過程，決定其燃燒一定會產生二氧化碳，燃燒1噸煤不可避免要排放3噸以上二氧化碳。碳減排既是現(xiàn)實需求，也是我國應對氣候變化的國際承諾。真正碳減排成本很高，一般企業(yè)難以承受。 現(xiàn)在也有一些所謂的碳減排技術。例如，將二氧化碳回收制成干冰，看上去收集了一部分二氧化碳，其實上使用干冰又會排放等量的二氧化碳。非但沒有實現(xiàn)環(huán)保，捕集過程反倒消耗能量，增加排放。是否實現(xiàn)碳減排的一個基本判據(jù)，在于最終回到大氣中的二氧化碳是不是少了，即有沒有被固化、被掩埋，或者轉化為其他產品。 二是耗水。煤化工項目往往是用水大戶，在煤氣化、合成（水煤氣變換調整氫碳比），及后續(xù)產品純化、分離等環(huán)節(jié)均離不開水。相應的，合成轉化過程產生大量廢水。原理上來說，采用現(xiàn)代技術，煤化工過程中的廢水都可以經過處理循環(huán)利用，但是費用越來越高。 三是排放廢氣、廢渣。煤中雜質燃燒產生的廢氣和固廢對環(huán)境造成很大壓力，無害化處理和資源綜合利用的費用逐年攀升，企業(yè)壓力加大。 中國能源報：有沒有辦法解決上述問題？ 包信和：徹底解決的根本途徑在于技術突破，其中催化技術又被寄予厚望。 催化可改變化學反應的速度，通過調節(jié)反應途徑，最終實現(xiàn)化學反應的“精準”。石油化工正是利用催化劑這把“剪刀”，把原油中的大分子“剪裁”成大小不同的分子，從而得到所需的化學品。 90多年來，煤化工一直沿襲費托合成技術，即“煤氣化-水煤氣變換-化學品或液體燃料合成”的轉化路線。先將固體的煤轉化為氣體，通過水與一氧化碳反應獲得氫氣（水煤氣變換反應），由此調節(jié)合成氣的氫碳比，再通過傳統(tǒng)費托合成方法用氫分子除去一氧化碳分子中的氧原子，獲得化學品。其中，水分子參與過程循環(huán)，但沒有實際進入產品，相當于潔凈水進入、廢水排放。 能不能利用催化技術，把煤中的大分子象石油煉制一樣直接“剪開”，少排二氧化碳、少用水甚至不用水，高效拿到我們需要的東西？這應該是催化研究的愿景和長期目標，但現(xiàn)在還很難達到。 我們正在研究一種新型催化技術，采用高性能催化劑，無需借助水循環(huán)，使得合成過程完全不用水，大大縮短了工藝，實現(xiàn)煤基合成氣一步轉化直接制烯烴。在保持二氧化碳排放量不變的情況下，降低水耗和能耗。去年9月，該技術已在陜西延長石油完成工業(yè)試驗，目前正在實施全流程開車。一旦成功，這一概念有望推廣至煤制油、制含氧化合物，甚至煤制含氧化合物等工藝過程，打造一個煤化工轉化新平臺。 中國能源報：現(xiàn)在大火的煤制氫產業(yè)，可否作為一個發(fā)展方向？ 包信和：煤制氫技術相對成熟、成本相對較低，是目前制備氫氣的重要途徑。全世界一年使用氫氣5000億立方米左右，其中96%來自化石能源，其中很大一部分來自于煤轉化。然而，使用煤制氫將排放大量的二氧化碳，未能徹底解決源頭的碳排放問題。 真正的“綠氫”，一定要通過可再生資源獲得。用風、光、核產生的電能把水電解變成氫，其過程只排放氧氣，不排二氧化碳。換句話說，氫能作為二次能源，自然界中沒有氫，氫能實際就是可再生能源的搬運工，把可再生能源從這里搬到那里。如果將氫作為清潔能源，從碳減排角度，不建議使用煤炭等化石能源制氫。
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