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煤炭的未来在于清洁高效转化
2020年06月05日  
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煤炭是我国的主体能源和重要工业原料。今年的政府工作报告再次强调“推进煤炭清洁高效利用”。对此,全国人大常委会委员、中国科学院院士、中国科学技术大学校长包信和认为,在未来能源体系中,煤炭应尽量少用于燃烧发电、多实施高效转化。解决碳排放、高水耗及废水、废气、废渣处理处置,是其中的关键问题。

中国能源报:随着能源转型进程加速,当前不乏“去煤化”呼声。对此,您怎么看?

包信和:我国能源结构长期以煤为主,但不少地方现在提到煤炭就打怵。这主要是因为,煤在使用过程中排放大量二氧化碳,消耗大量水资源,对环境产生大量污染。

受多重因素影响,今年国际能源市场充满变数,给保障能源安全敲响警钟。2019年,我国原油和石油对外依存度双破72%,天然气对外依存度突破46%。从已探明的开采量来看,我国石油大概可采12年,天然气大概可采30年,煤炭还可以采50年以上。在一定时期内,真正靠得住的主体能源还是煤,煤炭是我国能源安全的“压舱石”。

中国能源报:围绕“清洁高效”,如何充分挖掘煤的潜力?

包信和:煤炭在我国有两种主流利用方式。一是作为能源,燃烧发电;二是作为原料,制备化学品。

煤电在我国电力供应结构中占比一直超50%,但随着可再生能源技术发展、成本降低,煤炭应该不再是发电的唯一选择。风电、光伏及核电等新能源逐步替代煤电,是我国经济社会发展的愿景和必然趋势。未来,煤到底还要不要大比例用于发电,是一个值得探讨的问题。

另一方面,我国对化学品的需求量非常大,现有获得途径主要依赖原油。在“贫油、少气、相对富煤”的资源禀赋下,我们很难完全依赖石油化工,利用煤炭制备化学品是符合国情的现实之选。在可再生能源发展日渐成熟的基础上,发电用煤能少尽少。把煤用作碳资源制备更多化学品,即发展现代煤化工,是未来清洁高效利用的主要途径。

中国能源报:既然是主流途径,现代煤化工为何长期存在争议?

包信和:除了经济性考量外,目前对煤化工的诟病主要集中在三个方面,也是煤炭实现清洁高效利用必须彻底解决的三个问题。

一是二氧化碳排放。煤的结构及反应过程决定其燃烧一定会产生二氧化碳,燃烧1吨煤排放3吨以上二氧化碳。碳减排是现实需求,也是我国应对气候变化的国际承诺。但目前,真正的碳减排技术成本很高,一般企业难以承受。

二是耗水。煤化工项目往往是用水大户,煤气化、合成及后续产品纯化、分离等环节均离不开水。相应地,合成转化过程产生大量废水。理论上,采用现代技术,煤化工过程中的废水均可经过处理循环利用,但费用越来越高。

三是排放废气、废渣。煤中杂质燃烧产生的废气和固废对环境造成很大压力,无害化处理和资源综合利用的费用逐年攀升,企业压力加大。

中国能源报:有没有办法解决上述问题?

包信和:彻底解决的根本途径在于技术突破,其中催化技术又被寄予厚望。石油化工正是利用催化剂这把“剪刀”,把原油中的大分子“剪裁”成大小不同的分子,从而得到所需的化学品。

90多年来,煤化工一直沿袭费托合成技术,导致洁净水进、废水排放。能否利用催化技术,把煤中的大分子像石油炼制一样直接“剪开”,少排二氧化碳,少用水甚至不用水,高效拿到我们需要的东西?这是催化研究的愿景和长期目标,但现在还很难达到。

我们正在研究一种新型催化技术,无需借助水循环,即可实现煤基合成气一步转化直接制烯烃,在保持二氧化碳排放量不变的情况下,降低水耗和能耗。该技术目前正在实施全流程开车。一旦成功,有望推广至煤制油、制含氧化合物等工艺过程,打造一个煤化工转化新平台。

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