兩會(huì)獨(dú)家丨包信和院士：煤炭應(yīng)盡量少用于燃燒發(fā)電、多實(shí)施高效轉(zhuǎn)化

煤炭是我國(guó)的主體能源和重要工業(yè)原料。今年的政府工作報(bào)告再次強(qiáng)調(diào)，“推進(jìn)煤炭清潔高效利用”。

如何做好“清潔高效”的大文章?全國(guó)人大常委會(huì)委員、中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)校長(zhǎng)包信和認(rèn)為，在未來(lái)能源體系中，煤炭應(yīng)盡量少用于燃燒發(fā)電、多實(shí)施高效轉(zhuǎn)化。

一方面，在技術(shù)成熟、成本降低的前提下，利用風(fēng)、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(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的愿景和必然趨勢(shì)。

另一方面，隨著新材料的需求越來(lái)越旺盛，碳資源需求量隨之增加。在我國(guó)，煤炭正是最現(xiàn)實(shí)、最可靠的“碳源”選項(xiàng)。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(duì)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

中國(guó)能源報(bào)：隨著能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程加速，當(dāng)前不乏“去煤化”呼聲。對(duì)此，您怎么看?

包信和：我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)長(zhǎng)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?yàn)?，煤在使用過(guò)程中排放大量二氧化碳，消耗大量水資源，對(duì)環(huán)境產(chǎn)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(guó)際能源市場(chǎng)充滿變數(shù)，給保障能源安全敲響警鐘。2019年，我國(guó)原油和石油對(duì)外依存度雙破72%，天然氣對(duì)外依存度突破46%。從已探明的開(kāi)采量來(lái)看，我國(guó)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(nèi)，尤其是動(dòng)蕩的國(guó)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(guó)能源安全的“壓艙石”。

中國(guó)能源報(bào)：圍繞“清潔高效”，如何充分挖掘煤的潛力?

包信和：煤炭在我國(guó)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(xué)品。

煤電在我國(guó)電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)中占比一直超過(guò)50%，但隨著可再生能源技術(shù)發(fā)展、成本降低，煤炭應(yīng)該不再是發(fā)電的唯一選擇，風(fēng)電、光伏及先進(jìn)核電等新能源逐步替代煤電，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的愿景和必然趨勢(shì)。未來(lái)，煤到底還要不要大比例用于發(fā)電，是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。

另一方面，我國(guó)對(duì)化學(xué)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(chǎn)生烯烴，10噸原油約可煉制3噸石腦油，進(jìn)而得到1噸左右烯烴。我國(guó)每年約消耗5000萬(wàn)噸左右烯烴，相當(dāng)于必須具備5億噸煉油能力，同時(shí)消耗大量油資源。在“貧油、少氣、相對(duì)富煤”的資源稟賦下，我們很難像國(guó)外那樣完全依賴石油化工，利用煤炭制備化學(xué)品是符合國(guó)情的現(xiàn)實(shí)之選。比如，我國(guó)煤制烯烴年產(chǎn)量已超過(guò)1000萬(wàn)噸，可降低我國(guó)珍貴的石油消耗。

從轉(zhuǎn)化過(guò)程來(lái)看，制備化學(xué)品少不了“碳”這一重要元素。該元素?zé)o法從可再生能源中直接獲取，自然界經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年演變，以化石資源的方式將最好的“碳源”保存了下來(lái)。在我國(guó)，最豐厚的“碳源”就是煤炭。未來(lái)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(duì)此，我們必須“精打細(xì)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(chǔ)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(xué)品，即發(fā)展現(xiàn)代煤化工，是未來(lái)清潔高效利用的主要途徑。

中國(guó)能源報(bào)：既然是主流途徑，現(xiàn)代煤化工為何長(zhǎng)期存在爭(zhēng)議?

包信和：一個(gè)主要原因是經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。

大家會(huì)討論，國(guó)際油價(jià)到多少時(shí)煤化工才有利可圖。在某種意義上，這是一個(gè)偽命題。一方面，盡管不是完全綁定，但從趨勢(shì)來(lái)講，各種能源的價(jià)格在一定時(shí)間內(nèi)總是要趨同的，不存在長(zhǎng)期脫鉤。另一方面，由于種種原因，國(guó)際油價(jià)波動(dòng)很大，從戰(zhàn)略來(lái)講很難根據(jù)某一時(shí)的油價(jià)來(lái)決定煤化工項(xiàng)目的上下去留。從國(guó)內(nèi)幾個(gè)在運(yùn)煤化工企業(yè)來(lái)看，其經(jīng)濟(jì)性很大程度取決于企業(yè)是否有自備煤田，原煤有沒(méi)有經(jīng)過(guò)中間加價(jià)。

除了經(jīng)濟(jì)性考量外，目前對(duì)煤化工的詬病主要集中在三個(gè)方面。要實(shí)現(xiàn)清潔高效利用，這三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題必須徹底解決。

一是二氧化碳排放。煤的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)過(guò)程，決定其燃燒一定會(huì)產(chǎn)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(shí)需求，也是我國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化的國(guó)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(shù)。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(shí)上使用干冰又會(huì)排放等量的二氧化碳。非但沒(méi)有實(shí)現(xiàn)環(huán)保，捕集過(guò)程反倒消耗能量，增加排放。是否實(shí)現(xiàn)碳減排的一個(gè)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(méi)有被固化、被掩埋，或者轉(zhuǎn)化為其他產(chǎn)品。

二是耗水。煤化工項(xiàng)目往往是用水大戶，在煤氣化、合成(水煤氣變換調(diào)整氫碳比)，及后續(xù)產(chǎn)品純化、分離等環(huán)節(jié)均離不開(kāi)水。相應(yīng)的，合成轉(zhuǎn)化過(guò)程產(chǎn)生大量廢水。原理上來(lái)說(shuō)，采用現(xiàn)代技術(shù)，煤化工過(guò)程中的廢水都可以經(jīng)過(guò)處理循環(huán)利用，但是費(fèi)用越來(lái)越高。

三是排放廢氣、廢渣。煤中雜質(zhì)燃燒產(chǎn)生的廢氣和固廢對(duì)環(huán)境造成很大壓力，無(wú)害化處理和資源綜合利用的費(fèi)用逐年攀升，企業(yè)壓力加大。

中國(guó)能源報(bào)：有沒(méi)有辦法解決上述問(wèn)題?

包信和：徹底解決的根本途徑在于技術(shù)突破，其中催化技術(shù)又被寄予厚望。

催化可改變化學(xué)反應(yīng)的速度，通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)途徑，最終實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的“精準(zhǔn)”。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(xué)品。

90多年來(lái)，煤化工一直沿襲費(fèi)托合成技術(shù)，即“煤氣化-水煤氣變換-化學(xué)品或液體燃料合成”的轉(zhuǎn)化路線。先將固體的煤轉(zhuǎn)化為氣體，通過(guò)水與一氧化碳反應(yīng)獲得氫氣(水煤氣變換反應(yīng))，由此調(diào)節(jié)合成氣的氫碳比，再通過(guò)傳統(tǒng)費(fèi)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(xué)品。其中，水分子參與過(guò)程循環(huán)，但沒(méi)有實(shí)際進(jìn)入產(chǎn)品，相當(dāng)于潔凈水進(jìn)入、廢水排放。

能不能利用催化技術(shù)，把煤中的大分子象石油煉制一樣直接“剪開(kāi)”，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(yīng)該是催化研究的愿景和長(zhǎng)期目標(biāo)，但現(xiàn)在還很難達(dá)到。

我們正在研究一種新型催化技術(shù)，采用高性能催化劑，無(wú)需借助水循環(huán)，使得合成過(guò)程完全不用水，大大縮短了工藝，實(shí)現(xiàn)煤基合成氣一步轉(zhuǎn)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(shù)已在陜西延長(zhǎng)石油完成工業(yè)試驗(yàn)，目前正在實(shí)施全流程開(kāi)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(guò)程，打造一個(gè)煤化工轉(zhuǎn)化新平臺(tái)。

中國(guó)能源報(bào)：現(xiàn)在大火的煤制氫產(chǎn)業(yè)，可否作為一個(gè)發(fā)展方向?

包信和：煤制氫技術(shù)相對(duì)成熟、成本相對(duì)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(lái)自化石能源，其中很大一部分來(lái)自于煤轉(zhuǎn)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(wèn)題。

真正的“綠氫”，一定要通過(guò)可再生資源獲得。用風(fēng)、光、核產(chǎn)生的電能把水電解變成氫，其過(guò)程只排放氧氣，不排二氧化碳。換句話說(shuō)，氫能作為二次能源，自然界中沒(méi)有氫，氫能實(shí)際就是可再生能源的搬運(yùn)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。