煤化工是未來煤炭利用的主要途徑

作為我國能源安全穩(wěn)定供應(yīng)的基石，煤炭在社會經(jīng)濟發(fā)展中扮演著重要角色。根據(jù)預(yù)測，到2030年，煤炭在我國一次能源消費中仍將占比50%，2050年占比40%左右。如何做好清潔高效利用這篇大文章，成為煤炭行業(yè)必須面對的現(xiàn)實問題。在中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)校長包信和看來，煤炭清潔利用不僅僅是簡單的“一燒了之”，通過升級催化過程、提高催化效率，煤炭完全可以產(chǎn)出符合不同需求的化學(xué)品，實現(xiàn)清潔高效利用。

能源消費主體仍是化石能源

　　中國能源報：伴隨著能源轉(zhuǎn)型進程加速、清潔能源地位提升，對煤炭的質(zhì)疑聲也隨之而起。您如何看待煤炭所扮演的角色？

　　包信和：在能源革命的使命、任務(wù)之下，中國能源未來到底往哪里走？我想，這個答案非常明確，綠色、清潔、高效是我們追求的目標，清潔能源、可再生能源一定是方向所在。

　　緊接著我們就要追問：“未來”到底什么時候來？如果沒有時間性這一尺度，任何戰(zhàn)略性目標都將難以實現(xiàn)。結(jié)合我國資源稟賦、能源結(jié)構(gòu)、消費需求等現(xiàn)實狀況，我認為“未來”并不可一蹴而就，而要認認真真分階段、分步驟予以規(guī)劃和實施。

中國能源報：那眼下該怎么做？

　　包信和：聚焦“眼前”，根據(jù)*新發(fā)布的2018年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃執(zhí)行情況報告，非化石能源占一次能源消費比重為14.3%。這意味著，至少在現(xiàn)階段，我國能源消費的主體仍是化石能源。而煤炭作為支撐我國經(jīng)濟社會發(fā)展的基礎(chǔ)能源，占一次能源消費的比重維持在60%左右，要實現(xiàn)2035年占比降至50%以下的目標，還有很長一段路要走。

　　對此，我們一方面要重視可再生能源的發(fā)展，另一方面也不能忽視煤炭的重要作用。如果將前者視為長期規(guī)劃，用好煤炭尤其是做好煤炭的清潔、高效利用，就是短期內(nèi)“看得見的未來”。

高碳能源要低碳化利用

　　中國能源報：如何理解這個“看得見的未來”？

　　包信和：煤炭清潔高效利用，是環(huán)境保護等需求下的當(dāng)務(wù)之急，也是我們通過技術(shù)手段可以掌握、實現(xiàn)的。簡而言之，就是高碳能源的低碳化利用。

中國能源報：怎么才能實現(xiàn)低碳化？

　　包信和：目前，我國煤炭的主流利用方向有兩個。一是用于發(fā)電，這是目前*便捷、*廣泛的清潔利用方式。通過提前兩年完成燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造，我國在煤電能耗、污染排放等方面的控制已達到世界*水平。但我認為，隨著清潔能源大力發(fā)展，煤炭在未來或?qū)⒉辉偈前l(fā)電的*選擇，風(fēng)電、光伏、水電、核電等利用越發(fā)完善、價格逐步下降，*終替代煤電只是一個時間問題。

　　另一利用方向是通過高效轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)化學(xué)品生產(chǎn)。一方面，在“貧油、少氣、相對富煤”的現(xiàn)實下，我們很難像國外那樣完全依賴石油化工，利用煤炭制化學(xué)品是較為現(xiàn)實的選擇。另一方面，從化學(xué)角度來說，制備化學(xué)品少不了“碳”這個重要元素，而煤炭就是“碳源”之一。

　　此外，鑒于能源轉(zhuǎn)換效率、經(jīng)濟性等因素，可再生能源即便得到很好發(fā)展，用其制備化學(xué)品的難度依然很大。因此我認為，作為大自然留給我們的寶貴資源，煤炭不應(yīng)被摒棄，轉(zhuǎn)化反應(yīng)可作為未來其利用的主要途徑。

技術(shù)仍是煤化工瓶頸

　　中國能源報：利用煤炭制備化學(xué)品，現(xiàn)階段其實已有不少實踐，同時也伴隨部分爭議。您怎么看？

　　包信和：提及煤化工行業(yè)，質(zhì)疑多集中在高水耗、高能耗及高污染排放。但我認為*大障礙仍是技術(shù)，這也是清潔高效利用的本質(zhì)所在。

　　回顧石油化工發(fā)展，在大多數(shù)人的*初印象中，剛開采出來的石油黑乎乎、臟兮兮，里面存有許多雜質(zhì)，可能并不比煤干凈。但事實證明，隨著煉制技術(shù)的升級，石油的利用方式越來越多，根據(jù)所含分子不同可生產(chǎn)石腦油、汽油、柴油等不同產(chǎn)品，實現(xiàn)相對清潔的高效利用。

　　中國能源報：換言之，這一思路也應(yīng)該適用于煤炭？

　　包信和：是的。同理，煤中其實也含有許多分子，但現(xiàn)有使用方式比較“粗暴”，在沒有弄清這些分子結(jié)構(gòu)的情況下，煤炭往往先被拿來“一燒了之”，即生成合成氣，再用燒出來的“小分子”一個個砌出新的化學(xué)品。這就好比，改造一座大樓時，不是根據(jù)其已有特性、格局進行修整利用，而是不管三七二十一直接推平，再用一塊塊磚去建造新的房子。若能進行合理修繕，不僅能得到新房，還可節(jié)約時間、精力及經(jīng)濟成本，為何非要推平呢？說到底，煤化工行業(yè)現(xiàn)存的種種瓶頸，還是因為我們的技術(shù)不行。如果有朝一日，煤化工能像石油利用一樣清潔，我們?yōu)槭裁床蝗プ瞿兀?

建立新的催化體系

　　中國能源報：結(jié)合上述瓶頸，技術(shù)環(huán)節(jié)如何突破？

　　包信和：要實現(xiàn)進一步突破，主要有兩大難點值得關(guān)注——降低水耗及二氧化碳排放。

　　在現(xiàn)行技術(shù)路線下，轉(zhuǎn)化是“煤-合成氣-化學(xué)品或液體燃料”的過程。其中，首先需加入大量的水，才能將固體的煤轉(zhuǎn)為氣體，即一氧化碳和氫氣的混合體，俗稱“煤氣化”過程，碳、氫比例由此變?yōu)?：1或1：1。但要進一步制備化學(xué)品，碳、氫比例要達到1：3甚至1：4、1：5。為得到更多的“氫”，同樣需要加入水，再與一氧化碳進行反應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，以一氧化碳和氫為原料，以不同的金屬和化合物作催化劑，即可得到不同的化學(xué)品。以煤制烯烴為例，這也是為何生產(chǎn)1噸烯烴往往消耗3—4噸水的原因。

　　反觀上述環(huán)節(jié)，水耗雖不可避免，但“水”在其中只發(fā)揮了參與循環(huán)的作用，并未實際產(chǎn)生有用物質(zhì)，相反還排放大量二氧化碳。換言之，若能通過技術(shù)升級少用水甚至不用水，既可解決長期以來的高水耗詬病，還能減少排放，這是當(dāng)前的一大重點研究方向。

　　中國能源報：圍繞該方向，目前研究進展如何？

　　包信和：我們現(xiàn)在所做的一項主要工作，就是通過開發(fā)一套新型催化過程，實現(xiàn)煤基合成氣直接制低碳烯烴。簡單來說，是在發(fā)明一種新型催化劑的基礎(chǔ)上，建立一套完全創(chuàng)新的催化體系，在不增加碳排放的情況下，使得整個化學(xué)反應(yīng)的過程本身不再需要加入水，因此也稱為“直接轉(zhuǎn)化”。

　　該研究在2016年一經(jīng)公開，便得到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注，并被認為是“煤化工領(lǐng)域一個里程碑式的突破”。目前，項目已進入中試階段，計劃投資2億多元展開進一步研究，并具備很好的前景。因此我說，煤炭清潔利用絕不是簡單的“一燒了之”，借助催化劑這個“黑匣子”，有千變?nèi)f化值得期待。