专访全国政协委员、中国工程院院士刘中民:多角度发展煤化工缓解

  ◎刘中民表示,多角度发展煤化工,可缓解我国石油对外依存度过高的局面,还可以实现我国能源化学品生产的多元化。

  ◎为加快形成全面支撑我国实现“双碳”目标的技术体系,刘中民建议国家成立专门的领导小组,加强全局性顶层设计,充分发挥制优势,构建新型创新体系,在一盘棋下绘制能源发展路线。

  2021年夏秋之际,在一些地方大幅度“去煤炭化”后,部分地区遭遇“拉闸限电”,这也在一定程度上表明,当前煤炭在我国能源安全稳定供应中仍具有“压舱石”的作用。

  今年的政府工作报告提出,要加强煤炭清洁高效利用,有序减量替代,推动煤电节能降碳改造、灵活性改造、供热改造。

  2022年,处于低碳绿色转型中的煤炭行业如何才能确保能源安全稳定供应?煤炭行业的定位未来会发生怎样的变化?我国在煤化工领域的最新研究成果如何?

  针对这一系列焦点话题,全国两会期间,《每日经济新闻》(以下简称NBD)记者对全国政协委员、中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所所长刘中民进行了专访。

  刘中民告诉记者,我国的资源禀赋决定了煤化工在能源生产及工业利用中仍将发挥较长期作用。随着需求的增加,煤炭原材料化的比例会逐渐增加,煤炭将由单纯的能源,向能源与原料并重的方向发展。

  NBD:2022年全国两会期间,您能透露一下提交了关于哪些方面的提案吗?

  刘中民:我一共准备了三个提案,一个是关于“双碳”的,另外两个是关于科技创新的。第一个提案是建议在典型区域先期开展“双碳”的综合示范;第二个提案是建议设立一个颠覆性科技创新的国家专项基金;第三个提案是建议探索科技成果证券化来促进科技研究与资本的对接。

  NBD:当前煤炭在我国能源消费中占比大约是57%,长远看,您认为煤炭行业和化石能源会趋于消失吗?煤炭行业未来是否还有机遇?

  刘中民:人类社会实际上是一个以碳物质为基础的社会,庄稼、森林以及人体等都含了大量的碳,这些碳可以用不排放二氧化碳的方式去利用它。

  虽然有机构预测我国在2060年实现碳中和的情形下,煤炭消费量将降至约3亿~5亿吨/年的水平,但真正的碳利用量绝不只有这个数,实际上要多很多。因此我们要减煤降碳,但并不是要完全“去煤化”。

  之所以要减煤,是因为目前煤炭的利用方式主要是燃烧发电,这一过程必然会排放二氧化碳。但如果是采用另外的利用方式,也未必一定就会产生那么多污染物,关键是利用的方式需要变革。我们不太可能用现在的技术来做40年后的推论, 在40年间,科技创新会带来巨大的空间。

  当前二氧化碳产生的环境问题和气候问题,随着科技进步,有些问题会逐步得到解决。只要人类对碳有需求,我并不认为煤炭和化石能源行业会逐渐消失。

  煤炭也不是只能用来发电,它还可以用作原料,后者的二氧化碳排放会更少一些。

  现代煤化工是以煤为主要原料生产多种清洁燃料和基础化工原料的煤炭加工转化产业,目前,我国现代煤化工行业技术整于世界领先水平。

  我国的资源禀赋决定了煤炭在能源生产及工业利用中仍将发挥较长期的作用,不仅要起到保障我国能源安全和产业链、供应链稳定的作用,也要注重弥补我国石油不足所造成的结构性缺陷。基于此,当前最重要的是以技术创新促进自身清洁化、低碳化的同时,也要促进相关高能耗工业转型升级。

  在我国“双碳”目标及能源结构转型的背景下,煤化工产业将进一步向清洁化、低碳化发展,重点发展与新能源制氢耦合技术、煤炭/合成气直接转化制燃料与化学品技术等,将绿色理念贯穿于整个生产过程,最大程度减少对生态环境的污染和碳排放,降低生产成本。

  NBD:去年,我国局部地区出现拉闸限电现象,该如何解决能源转型过程中化石能源短缺的问题?

  刘中民:我国“富煤贫油少气”的能源资源禀赋导致除煤炭以外,化石能源对外依存度偏高。

  在目前地缘政治背景下,化石能源进口不排除存在断供的风险,而可再生能源的产能又难以满足全国14亿人的用能,因此我国仍需要煤炭、石油等化石能源来保障能源供需的平衡,以及经济社会发展的基本需求。在全国已探明的化石能源资源储量中,煤炭占94%左右,仍然是当前我国能源供应中的“压舱石”和“稳定器”。

  需要引起注意的是,作为原料的煤炭占我国煤炭消费量的比例仍然较低。随着需求的增加、煤化工技术的进步、控煤政策、碳减排压力及环保要求不断提高,我认为煤炭原材料化的比例会逐渐增加,煤炭将由单纯的能源,向能源与原料并重的方向发展。

  从这些角度发展煤化工,也可缓解我国石油对外依存度过高的局面,还可以实现我国能源化学品生产的多元化。

  NBD:能源结构低碳化发展是一项重要任务。煤炭产业未来如何才能发挥优势,生产适合煤化工特点的产品?

  刘中民:我国在煤化工领域已经形成了一批核心技术,正处于完成工业示范并大规模推广应用的有利时期。同时,需要通过技术创新加强新产品开发,通过延伸产业链发展高附加值、精细化、差异化的产品。

  我认为,未来煤化工领域的重点是以甲醇转化为平台,耦合石油基原料(苯、甲苯、石脑油等),实现烯烃、芳烃和含氧化合物大宗化学品/燃料的合成技术变革,践行煤化工与石油化工的协调发展,构建合理的产业结构。

  近年来,我国煤化工产业规模实现快速增长。2018年,煤制油、煤制烯烃、煤制气、煤制乙二醇产能分别达到1138万吨/年、1112万吨/年、51亿立方米/年、363万吨/年。

  从企业的经济效益来看,目前煤制烯烃占有优势。从发展态势上看,煤制乙二醇、乙醇等含氧化合物最近关注度较高。2018年10月,全球首套焦炉尾气制乙二醇装置在鄂托克经济开发区开工建设。2019年6月13日,全球首套50万吨/年煤基乙醇项目在陕西榆神工业区全面开工建设。

  2018年,中国科学院启动了“变革性洁净能源关键技术与示范”A类战略性先导科技专项,由中科院大连化物所牵头,联合中科院内多个能源领域研究所具体实施。

  该项目从“清洁低碳、安全高效”国家能源体系顶层设计的角度,布局一批洁净能源领域关键技术及示范项目,推动构建与我国能源资源相适应的“中国特色”能源结构。

  平煤神马集团打通了从煤焦到尼龙化工、碳材料、硅材料和氢能等多条全球一流的煤基产业链 图片来源:新华社

  NBD:您此前建议,在国家层面设立跨领域综合交叉的碳中和重大科技专项,加快形成全面支撑我国实现“双碳”目标的技术体系,这方面您有何具体的设想?

  刘中民:建议国家成立专门的领导小组,加强全局性顶层设计,充分发挥制优势,构建新型创新体系,在一盘棋下绘制能源发展路线。具体包含以下几个方面:

  首先要跨领域系统化部署碳达峰、碳中和重大科技研发任务,推进跨领域综合交叉,打破能源与其他行业、能源内各分系统间相互独立分割的局面,解决控煤问题中依靠单个领域科技发展难以突破的跨系统问题,远近结合,明确战略高地,谋划关键核心技术的突破路线。

  其次,在“十四五”期间,要加速发展大规模储能技术和现代电网智能调控技术,解决大规模新能源和分布式发电并网消纳问题,形成以新能源为主体的新型电力系统,适应新能源电力生产、输送、并网和消纳环节的大规模、高比例特性。

  第三,要加速煤炭清洁高效转化技术突破与集中示范,突破合成气一步法转化高值化学品、煤制芳烃、煤炭分级分质利用关键核心技术。

  第四,中远期要加快推进实现煤炭减量发展的关键技术,突破钢铁、化工、水泥、有色等难减排行业的零碳/低碳流程再造技术;部署前沿性和颠覆性技术,如先进核能、光电催化制氢、跨系统耦合集成与优化、大规模低成本二氧化碳捕集利用和封存(CCUS)等技术的创新、研发与突破,为深度减煤提供技术支撑。

  NBD:此前陕西省榆林市曾经作为试点地区创建国家级能源革命创新示范区,以充分发挥能源富集地区对国家能源安全的保障作用。您认为还有哪些地区适合开展这样的示范区?

  刘中民:我国实现“双碳”目标是一个系统性的事情,每个地区都要作出自己的贡献,虽然目标一致,但是贡献的路径可能是不一样的。

  榆林地区煤炭、石油、天然气、风能、光能都很丰富,所以这些能源的耦合就可以既支撑产业发展,又能实现低碳化。

  还有一些地区,比如辽宁既有海上风电的潜力,又有核电以及强大的工业体系,既是东北重工业基地,又是能源的输出省份,它的综合碳减排,不仅牵涉到能源结构的变革,也牵涉到我国主要高能耗工业的流程再造和变革性的升级。

  所以在辽宁示范的意义,就是在“双碳”的大背景下,走出能源工业高度耦合的一条绿色发展道路,它对别的类似场景也有很好的借鉴意义。

  再比如青海,当地的可再生电力大概占了电力系统的70%。在火电逐渐被替代、可再生电力逐渐增加的背景下,如果青海做了“双碳”的综合示范,为下一步全国发展也会带来很广泛的借鉴意义,所以我建议在有特色地区优先开展能源、产业、社会综合发展的示范区。

  NBD:目前,可再生能源存在能量密度低、时空分布不均衡、不稳定、成本较高等特点,成为其规模化应用的瓶颈,您认为要如何应对和解决这些问题?

  刘中民:新能源如风能、太阳能等普遍存在能量密度低,在低负荷运转时稳定性差等问题,难以自成体系或通过自身技术进步提供稳定的能源供应。

  因此我建议通过顶层统筹部署,打破现有能源领域行业板块壁垒,推动各能源系统间资源优势的合并,协同解决新能源大规模应用和化石能源清洁低碳发展问题,重点发挥氢能、储能等在整个新能源体系中的纽带作用。

  国家和地方需要加大对储能产业发展的支持力度,营造有利于储能产业发展的电力市场机制,明确储能应用的市场准入条件和主体地位。同时借助人工智能驱动大电网安全辨识与控制,提升电力系统的安全性、可靠性和灵活性。

  相比太阳能、风能等,氢能作为二次能源更便于储备、运输,是“能源互联网”中的重要纽带。通过新能源电解水制氢技术实现零碳排放制取绿氢,利用氢的能量和物质双重属性,构建绿氢与煤化工耦合、绿氢与二氧化碳催化转化制取油品和大宗化学品、氢能汽车、氢能发电、氢能冶炼等绿色工业体系。

  此外,还要重点突破电解水制氢、氢能综合利用(存储、运输、使用等环节)关键技术,推进跨能源系统、跨产业的融合或替代,不仅有效地解决新能源电量消纳问题,还可实现解决新能源的储存、再分配问题,同时降低化石能源利用带来的大量二氧化碳排放。

  我国东北、西北、西南地区拥有丰富的风能、太阳能和水能等,可积极推进可再生能源电解水制氢、储氢、用氢的先行示范,以点带面促进大规模、系统性的技术落地。

  与此同时,要发挥高等院校及科研院所在原理创新、方法创新、技术创新等方面的作用,充分释放国家政策红利,激励氢能相关的先进技术成果在高碳排放地区的转移转化,加快高碳地区的低碳化发展进程。

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