推进高碳能源低碳化利用——《中国环境报》记者对话煤化学工程专家谢克昌

时间：2021-01-12 08:12:01　来源：柠檬阅读网本文已影响人

和谁对话？

谢克昌，煤化学工程专家，山西省五台人。现任太原理工大学校长、博士生导师，煤科学与技术教育部重点实验室主任。作为第一完成人获国家科技进步奖二等奖1项，国家自然科学奖二等奖1项。被评为国家级有突出贡献的中青年专家、全国杰出专业技术人才，获何梁何利基金科学与技术进步奖等。2003年当选为中国工程院院士。2006年兼任中国科协副主席，2007年当选第十一届全国人大常委会委员。

为什么对话？

在哥本哈根召开的联合国气候变化大会是各方利益碰撞和博弈的舞台，又承载着人类应对气候变化的迫切愿望和不懈追求。中国作为一个负责任的大国，一直以来积极应对气候变化，并为此做出不懈努力。为减少温室气体减排，加快发展高碳能源低碳化利用和低碳产业成为必然之选。为此，我们采访了煤化工领域的著名专家，想知道实现温室气体减排都有哪些技术途径，又该着重开发哪些先进技术？

谢克昌怎么说？

碳减排是目前世界范围面临的巨大挑战。展望2020年，我国碳减排的技术途径主要有非化石能源的开发和利用、高碳能源低碳化利用以及提高能源效率和节能三大方面。其中，提高能效和节能对碳减排的贡献最大，有数据表明，其贡献率可达40％以上。目前，碳减排的重点是化石能源特别是碳排放系数最高的煤炭利用的低碳化；
煤化学工艺的学科发展与高碳能源低碳化利用关系密切并指导其技术利用与开发。

对话人谢克昌中国科协副主席、中国工程院院士、太原理工大学校长

采访人中国环境报记者张可兴

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焦点关注

在哥本哈根召开的联合国气候变化大会围绕温室气体减排责任的斗争

关键思路　　

在温室气体减排方面，国际社会对我国的压力正在加大，因此，国内实现高碳能源的低碳化利用成为必然选择

记者:本月召开的哥本哈根联合国气候变化大会围绕着温室气体减排责任的斗争十分激烈。我国也确定了到2020年的温室气体减排目标，在这方面，您有何见解？

谢克昌:气候变化严重影响着全球生态环境，是人类生存、社会发展面临的重大挑战，已引起国际社会的普遍关注和高度重视。气候变化既是环境问题，又是发展问题，但随着各国争取或保持经济发展空间和经济竞争优势的较量，气候变化正在演变成政治问题、外交问题。造成气候变暖的主要原因之一是人类排放的温室气体太多，其中二氧化碳占有主要地位，特别是发达国家在工业化发展阶段积累起来的二氧化碳排放占总量的80％左右。多年来，美国一直占着二氧化碳排放第一的位置。现在，我国面临的二氧化碳减排压力也越来越大。

在温室气体减排方面，有的国家要我国成为应对气候变化的“全球领袖”；
有的国家说“在可预期的未来，中国碳减排量可能不会大量降低。”今年9月下旬，我在美国匹兹堡参加了第26届国际煤炭大会，也强烈感受到这种压力。会议讨论的54个问题中，有12个直接讨论减排、环境和可持续发展。而在丹麦哥本哈根召开的联合国气候变化大会，围绕着《京都议定书》第一个承诺期于2012年结束后，全球在应对气候变化上的行动，更是一场艰苦的斗争。

奥巴马上台后，调整了美国对待气候变化的态度，特别是在金融危机后正在布局新一轮的经济发展。美国原本在低碳经济方面落后于欧盟、日本，现在对低碳经济的态度转变了，开始积极发展低碳经济。美国是个很擅长建立新标准的国家。美国依靠技术上的优势，控制了许多标准，也就是控制了许多行业。因此，对我国威胁最大的就是美国制定标准的能力。现在低碳经济大势已定，但是若由美国制定标准，迫使我国大量缴纳碳税，势必造成产品成本提高，丧失劳动力成本优势，直接导致我国出口总额的下降，进而导致大量失业，最终使我国经济下滑。诺贝尔经济学家保罗·克鲁格曼认为，如果发展中国家拒绝采取行动，那么，可能会遭到发达国家的制裁。如果美国率先实施碳关税标准，对我国的伤害将是严重的。

“十一五”期间，由于我国将节能作为刚性要求，预计可减少6.2亿吨标准煤的消耗，也将因此减排二氧化碳15亿吨。如果我们进一步加强节能、提高能效，到2020年实现单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40％～45％是可以预期的。到2020年，要力争使非化石能源占到中国一次能源消费量的15％。简单一算，剩下的85％还要靠化石能源。因此，高碳能源低碳化利用是必然趋势。

记者:我国要实现到2020年的温室气体减排目标，有哪些技术途径？

谢克昌:碳减排是目前世界范围面临的巨大挑战。展望2020年，我国碳减排的技术途径主要有非化石能源的开发和利用、高碳能源低碳化利用以及提高能源效率和节能三大方面。其中，提高能效和节能对碳减排的贡献最大，有数据表明，其贡献率可达40％以上。我国八大高耗能行业的单位产品的能耗比世界先进水平高47％，占到工业部门能耗的73％，节能的潜力很大。在这些行业中，我们有很多节能措施需要落实、很多低碳技术需要利用。

目前，碳减排的重点是化石能源特别是碳排放系数最高的煤炭利用的低碳化；
煤化学工艺的学科发展与高碳能源低碳化利用关系密切并指导其技术利用与开发。

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“高碳能源低碳化利用”写进全国人大决议

关键思路

发展低碳经济关键问题就是对煤炭、石油等高碳能源实施低碳化利用，构建低碳型能源体系

记者:十一届全国人大常委会第十次会议通过的《关于积极应对气候变化的决议》提出“高碳能源低碳化利用”，这该如何理解？

谢克昌:所谓低碳经济，说到底，就是在经济活动中降低含碳能源的消耗，构建低碳型新能源体系以减少二氧化碳等温室气体排放。可是，我们现在使用的主要能源煤炭、石油、天然气，都是高碳能源。如果以1吨标准煤为单位，煤炭的燃烧约排放2.66吨二氧化碳，石油的燃烧要排放约2.02吨二氧化碳，而天然气在燃烧过程中也要排放约1.47吨二氧化碳。我国正处于工业化的中期，也就是正处于大量消耗能源的时期，我们不可能不使用传统的化石能源，这就给我们提出一个问题，我们怎样发展低碳经济？最关键的问题就是对煤炭、石油和天然气等高碳能源实施低碳化利用。

我作为全国人大常委会委员，在常委会上发言时，对这个概念进行了阐述，立即引起大家的热情关注和积极反应，最后被常委会采纳并写进了决议。全国人大常委会发布了《关于积极应对气候变化的决议》，表现了我国对这个问题的高度重视。人大常委会的决议具有法律地位，决议写进了“高碳能源低碳化利用”，就为人大常委会监督高碳能源是否做到了低碳化利用提供了法律依据。换句话说，“高碳能源低碳化利用”已经由一种科学倡导变成了国家意志。

记者:实现高碳能源低碳化利用对发展低碳经济有何意义？

谢克昌:发展低碳经济是人类社会可持续发展的必然选择。低碳经济的核心之一是低碳能源技术，其基础是传统的化石能源高效洁净利用和可再生能源等新能源替代，即构建低碳型能源体系。由于工业化社会的经济结构特征是高能耗、重污染的重化工业占主导地位，能源结构特征是高碳性的化石能源占主导地位，而且在化石能源中，煤炭依然是储采比(指年末剩余储量除以当年产量得出剩余储量按当前生产水平尚可开采的年数)最大的能源。国际上公认“煤炭在未来50年仍将是世界的主要能源。”

在我国一次能源消费中，化石能源不仅占主导地位，而且是以高碳性更强的煤炭为主。煤炭差不多占到70％，石油只占到20％，天然气更少，只有3.5％。在二次能源电力的消费中，燃煤火电占到77％，水电占到20％。即使在化工原料中，煤炭也占到50％左右。这种消费现状是由我国的化石能源禀赋特点“多煤、少油、缺气”所决定的。因此，重视和加强高碳能源的低碳化利用，特别是煤炭的高效清洁利用刻不容缓。

此外，我国的产业结构与发达国家有着明显的差别。发达国家经过数百年的发展，基本都已进入后工业化时代，而我国基本上还处于工业化中期。据《中国工业发展报告(2009)》使用工业化水平综合指数衡量，我国的工业化综合水平指数在21～31之间。这表明，我国的工业现代化水平与工业现代化国家还有很大差距。我国目前正处于较快发展阶段，为保证可持续发展，必须走科技含量高、资源消耗低、环境污染少的新型工业化道路。目前，在我国的产业结构中，以重化工业为主的第二产业占GDP的比重一直在50％左右徘徊。不仅对能源的需求量大，而且对其他资源和环境的约束也很严重。而在20世纪90年代，我国的二氧化硫和有机污水的排放量就已居高不下，现在，虽然人均二氧化碳的排放量还远小于美国，但其排放问题已不容忽视。因此，我们必须调整产业结构，转变经济增长方式，推进节能减排，大力推进高碳能源低碳化利用。

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实现高碳能源低碳化利用的技术

关键思路

重点技术包括可再生能源、新能源技术、煤炭能源的清洁高效利用、温室气体排放控制与处理技术、节能新技术等

记者:我国高碳能源怎样实现低碳化利用？

谢克昌:这是一个非常复杂的问题。中国科学院和中国工程院都对发展低碳化利用技术制定了发展规划。总体来看，重点技术有五六十项，包括可再生能源、新能源技术、煤炭能源的清洁高效利用、温室气体排放控制与处理技术、节能新技术等。当前和今后一段时间，主要突破的技术包括超超临界发电技术、IGCC、多联产技术、褐煤等劣质煤利用技术、先进燃烧技术、多种原料、碳氢比可调的大规模气化工艺，煤、电、气一体化和合成气的下游应用技术，煤在转化过程中各种污染物的排放、迁移、治理和利用技术，比如脱硫、脱硝、除尘、脱除重金属等。这些技术都是低碳技术，也是低碳经济的核心。低碳技术的实质就是能源的洁净、高效、廉价开发和利用。从广义上说，所有可以减少能源消费和碳排放的技术都属于低碳技术。

煤炭是最典型的高碳能源，自然在实现高碳能源低碳化利用中首当其冲。煤的化学组成很复杂，归纳起来可分为有机质和无机质两大类，以有机质为主体。有机质主要由碳、氢、氧组成，占有机质的95％以上，其余的是磷和其他元素；
煤化程度越深，碳的含量越高，氢和氧的含量越低。2006年，我国能源消费总量是24.6亿吨标准煤，其中，煤炭消费量为23.7亿吨。煤炭低碳化利用包括煤炭开采源头、转化过程到终端利用的全生命周期内的高效、洁净化。这具体包括加大清洁开采及原煤入洗比重，减少原煤输出和落后的直接燃烧；
加快煤炭高效转化技术开发，如煤基多联产技术，降低煤炭消费强度；
加强煤炭及煤基产品消费环节污染物排放控制与治理技术的研发，实现煤炭及煤基产品的清洁化利用；
加快开发煤炭生产过程中的废弃物、伴生物，如煤层气的开发及利用等技术。

记者:您说的IGCC和超超临界发电技术是什么技术？

谢克昌:IGCC是整体煤炭气化燃气——蒸汽联合循环发电系统。这项技术是煤气化和蒸汽联合循环的结合，是当今国际正在兴起的一种先进的洁净煤利用技术，具有高效、低污、节水、综合利用好等优点，也是“绿色煤电”要掌握的重点技术。简单说，就是把过去燃煤直接一次发电过程，变成了煤气化两次发电过程，因此，此技术发电效率可达到45％以上，不仅可大大减少各种污染物排放，而且还可以充分利用高硫煤等资源。

煤炭在我国一次能源结构中的资源优势，决定了燃煤发电(火电)在电力结构中的基础地位在相当长时期内难以改变。据统计，2006年全国火电消耗原煤近12亿吨，占当年全国原煤总消耗量的50.6％；
全国供电煤耗(标准煤)为366克/千瓦时；
全国火电发电量为23573亿千瓦时，占全部发电量的83.17％。截至2006年，全国火电装机已达4.84亿千瓦，占全国装机总容量的78％，火电装机的增长带动煤炭需求不断增长。

长期以来，我国燃煤发电存在煤耗高、环境污染严重和装机结构不合理等问题，并越来越受到煤炭供应、环境容量、交通运输能力等多重约束。要解决供电不足对全社会的影响，就必须加快电力结构调整，研究开发污染排放少、发电效率高并可形成规模化应用的洁净煤发电技术。我国目前燃煤电厂主要是亚临界发电，近些年发展了一批超临界发电厂。

而前面提到的超超临界发电技术是在超临界发电技术的基础上，通过进一步提高主蒸汽的温度和压力等级来提高发电效率，进而提高燃煤发电机组的节能环保水平。我国首台超超临界发电机组的供电煤耗为282.6克/千瓦时，比2006年全国平均煤耗低80多克/千瓦时；
NOX

排放量达到270毫克/立方米，二氧化硫排放量达到17.6毫克/立方米，远远低于国家标准。因此，发展超超临界机组是我国发电业进行结构调整、实现又好又快发展的一个重要方向。

记者:煤化工也是提高煤炭利用效率的重要途径？

谢克昌:应该说是以煤气化为龙头，以一碳化学为基础的新一代煤化工是提高煤炭利用效率的重要途径。煤化学工艺学科的前沿包括原子经济性反应、原料路线选择多元化、单元过程优化集成、新型分离技术及集成、定向反应与合成等。高碳能源低碳化利用技术基础研究就包括碳氢氧有效组分高效转化、硫氮等污染组分联合去除、富碳富氧原料充分利用、物料转化效率提高、能量梯级利用、高温气体净化分离、反应分离一体化、新型洁净煤燃烧、低碳产品合成与低碳排放技术等。

以煤气化为基础的多联产是目前世界公认的一种先进的洁净煤利用技术，是一种代表性的高碳能源低碳化利用技术。多联产将能源产品和化工产品联合生产，充分提高能源的利用效率，减少污染物排放，并有利于二氧化碳的储存和利用。但需要指出的是，大规模的多联产系统工艺流程长、技术难度大、能量和物质转换复杂、集成优化理论较薄弱。因此，目前根据目标产品设计出来的各种多联产系统大部分还处于概念或工业示范起步阶段，但这是实现煤炭能源低碳化利用的重要途径。

我正在主持国家“973”项目“气化煤气与热解煤气共制合成气的多联产应用的基础研究”，简称双气头多联产基础研究。为了使这项技术早日推广应用，示范装置正在建设。所谓双气头是将过去单一用气化煤气制备合成气的工艺，改为气化煤气和焦炉煤气两个气源制备合成气的工艺。采用气化煤气和焦炉煤气重整技术，可使二氧化碳和甲烷转化成合成气。由于可以替代或部分替代水煤气变换反应，因而不但减排了二氧化碳，提高了碳资源利用率，而且会减少水资源的消耗。

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推进高碳能源低碳化利用——《中国环境报》记者对话煤化学工程专家谢克昌

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