煤化工在“碳中和”历程中不可或缺

刘振宇

世界上提出“碳中和”目标的120余个国家绝大多数以2050年为限,包括欧盟、美国、日本、加拿大和巴西等,仅我国和哈萨克斯坦以2060年为限。

尽管我国“碳中和”目标晚于大部分国家,但却最为艰难。这不仅因为我国能源结构以煤为主,还因为我国是发展中国家,必须在发展中减碳。

大量分析表明,若依照常规思路和现有技术体系及水平,我国“碳中和”目标很难如期实现,唯有通过广泛而深刻的产业和技术变革,切实谋划才有可能实现。在这一历程中,化石能源及石油化工和煤化工领域的科技工作者要改变思路、加强创新,避免运动式减碳。

煤化工需求仍将持续

与大多数国家不同,我国“碳中和”进程还包括2030年前“碳达峰”,目的是保障发展中减碳,从而在现有和未来的能源结构及技术体系之间实现柔性的可持续转变。因此,煤炭和煤化工技术将在“双碳”进程中发挥重要作用。

世界银行数据显示,我国二氧化碳排放将在2030年前达到峰值;目前煤炭消费量已经达峰,并在直线下降;石油消费量将在2030年前后达峰,然后缓慢下降,但2040年的消费量与2020年相当;天然气消费量将有所增长,2040年消费量将是2020年的2倍左右,然后开始下降。至2060年,我国化石能源消费比重将不高于20%,煤炭消费比重约为2%左右。

虽然目前各个来源的能源消费预测数据不尽相同,但2040年前后的预测数据差别不大,即未来20年,我国能源结构仍将是“富煤、缺油、少气”,这正是我国过去发展煤化工技术的前提。因此,我国社会可持续发展和国家能源安全对煤化工技术的需求在未来20年仍然存在,煤化工领域的节能减排将对二氧化碳减排做出重要贡献。

新型煤化工技术全球瞩目

煤化工一直是我国的重要工业分支,传统煤化工中的焦化支撑了冶金业和碳基材料的发展,基于煤气化的化肥生产支撑了粮食增产,基于煤焦和煤电的电石生产支撑了聚氯乙烯(PVC)等聚合物材料的发展。

本世纪以来,我国新型煤化工技术的发展全球瞩目。2000~2010年间实现了零到一的突破,煤直接和间接液化制油和化学品、煤经甲醇制烯烃等世界一流技术成功实现了产业化。这些技术经过2010~2020年的发展,具备了替代5%进口石油的能力,预计未来10年左右将具备替代10%进口石油的能力。

煤化工不仅为国家能源安全和经济发展做出重要贡献,而且推动了我国制造业的发展、提升了现代工厂的管理能力、培养了大批高水平工程技术人员和科研工作者,并提升了综合国力。

在“碳中和”历程中,大力发展风电、光伏、水能等可再生能源是必然趋势,但这些能源的间歇性和不稳定性难以满足可持续发展的要求。在核能规模受资源约束、储能技术尚未完善、成本和规模不足的情况下,化石能源需要承担托底的重任,包括煤的高效清洁利用。

但从更长远看,比如2040年后,可再生能源技术水平显著提高,利用规模大大增加,全球大部分国家接近“碳中和”,石油和天然气利用份额将显著降低,国际石油和天然气贸易规模将大减,进口油气将不再成为我国的能源安全问题,由煤制取燃料的需求将会显著减小甚至消失。然而,煤炭作为低成本的天然芳烃资源将继续在化学品和材料生产中发挥重要作用,特别是与绿电和绿氢耦合的零碳高效化学品生产技术。

做出更多改变

能源约束的社会要求将碳原料吃干榨净,而“碳中和”约束的社会要避免富碳产物的燃料利用,将提取油气后的煤焦和生物焦等作为固碳物质贮存,或用于生产化学品和环保材料,这将更加符合“碳中和”要求。

因此,在绿电和绿氢充足的条件下,依赖煤电和煤焦的电石(碳化钙)基化学品生产路线将重获新生,成为零碳或负碳(以生物焦为原料)的有机合成之母,不仅满足众多化学品和材料的需求,同时协同氯碱工业发展。

要实现“碳中和”目标并有效支撑未来社会的可持续发展,现有煤化工技术必须节能减排、提高效率,甚至发生革命性改变,比如作为煤间接转化过程中二氧化碳排放量最大的两个单元——氧热煤气化和水煤气变换面临技术革新,传统高温高能耗电石生产技术将被低温低能耗新技术取代,不同于现有过程的更高效二氧化碳捕集和利用技术也将产生。

在“碳中和”历程中,天然气利用模式将发生转变,目前我国推进的居民煤改气方式终将被电力取代,因为庞大的天然气管路系统成本高、安全性差,且一家一户产生二氧化碳无法捕集,而以天然气为原料的火电可以显著提高利用效率,便于二氧化碳捕集,而且可比煤电更加灵活地承担可再生电力的填谷职能。另外,天然气的化工利用份额将增加,通过煤间接转化技术,将天然气转化为化学品和材料的技术将迎来新的发展。

可以确信,煤化工是我国“碳中和”历程中不可或缺的板块,其技术进步及科学进展仍将在未来20年发挥重要作用,并将无缝转移到天然气化工、生物质化工、有机废弃物利用等领域,同时延伸至水泥、冶金等领域,因此煤化工对“碳中和”的贡献并不局限于煤炭的范畴。

(本文作者系北京化工大学教授,中国科学报见习记者李清波根据其在中国科学院山西煤炭化学研究所“双碳”目标下“煤+炭”绿色发展系列讲座上的发言整理)

(0)

相关推荐

  • 煤化工或迎来2.0时代

    2014年第四季度,国际能源市场上油价暴跌成为了主基调,这让依赖高油价而盈利的新型煤化工备受煎熬.当油价维持在100多美元/桶的高位时,煤制油.煤制烯烃.煤制气企业的日子过得很滋润:而目前50多美元/ ...

  • “氢能热”下的“冷思考”:谨防化石能源制氢形成的高碳锁定效应

    氢能有望成为未来我国能源体系的重要组成部分,巨大需求预期引发了强烈的市场关注,进而也使得"以何种方式来制取氢气"的问题成为焦点.近期,传统制氢领域的相关产业和企业表现活跃,制氢工艺 ...

  • 煤炭价格低、利好煤化工获取成本优势

    从时间节点上看,留给中国从碳达峰到碳中和的过渡期(仅有30年)远短于欧美发达国家(50-70年).从一次能源消费结构看,中国是煤炭生产和消费大国,能源体系以化石能源,尤其以高碳的煤炭为支撑.2020年 ...

  • 三问现代煤化工

    碳减排时间紧.任务重,自带高碳属性的现代煤化工还要不要发展? ●一边是现实需求,一边是减排目标,现代煤化工产业到底行不行? ●如何做好现代煤化工产业,走出一条高碳产业低碳排放的新路子? "在 ...

  • “十四五”发展现代煤化工的若干思考

    经过多年的发展,我国现代煤化工取得了长足的进步. 一是总体规模位居世界前列. 截至2019年,我国煤制油产能921万吨/年,煤制烯烃产能1362万吨/年,煤制乙二醇产能478万吨/年,以及 煤制气产能 ...

  • “黑哥们”也要有高新技术

    作者:豆腐乳 编辑:养乐多 气候变化问题可能是目前中美两国之间为数不多能够取得共识的问题了,但即使在这一领域中美两国之间仍然存在争议. 前段时间美国气候变化特使克里来中国,就提出希望中国停止在海外参与 ...

  • 财新对话张雷:远景正在关注如何让消费者参与到碳中和进程中

    近年来,气候变暖引发的极端天气和自然灾害对人类的可持续发展构成了严重威胁,碳中和不仅成为各国的发力方向,低碳零碳技术也不断推动传统产业的生产流程和技术路线发生深刻变革,碳中和趋势同样呼唤消费者尝试低碳 ...

  • 精益能效管理(TEM):以极致能效挑战碳中和(中)

    导言:未来十年中国工业能效可望整体提高35-50%.博世集团从2011年开始用了十年已经基本做到.中国企业值得深思:先不慌买绿电碳证碳资产,沉下心来提高能效一体化利用可再生能源,靠持续创新迎头赶上! ...

  • 从“碳中和”政策中洞察装配式建筑机遇

    作为建筑业大国,选用更加环保高效的装配式建筑将会在政策的指引成为潮流,钢结构行业还有很大的发展空间. 出品|每日财报 作者|刘阳   去年12月召开的中央经济工作会议明确将"做好碳达峰.碳中 ...

  • 碳中和进行中,光储充潜力巨大值关注

    来源:电子变压器与电感网 [哔哥哔特导读]"碳中和"视角下,交通占全球碳排放比重为25%,仅次于电力,中国为此制定了"2030达峰,2060碳中和"目标,时间紧 ...

  • 海外网评:实现碳中和,中国有“时间表”更有“路线图”

    山西省右玉县小五台风力发电场. 12月21日,国务院新闻办公室发布<新时代的中国能源发展>白皮书引发广泛关注,中国2060年前实现碳中和的"路线图"更加清晰.在气候变化 ...

  • 面向碳中和,中美顶流科学家共议绿色转型

    后疫情时代全球能源创新和国际合作 12月5日,中国华能集团有限公司董事长.中国电机工程学会理事长.国际电工委员会(IEC)主席.中国工程院院士舒印彪出席2020国际绿色能源高峰论坛暨第12届中美绿色能 ...

  • 涨知识:什么是碳达峰和碳中和?中国将用最短时间实现碳中和

    中国积极推进绿色低碳发展,承诺力争在2030年前实现碳达峰.2060年前实现碳中和,这意味着中国将完成全球最大碳排放强度降幅,用全球历史上最短的时间实现从碳达峰到碳中和.那么,实现碳达峰.碳中和对中国 ...

  • 中美碳中和:里面有哪些造富机会?将会改变哪些产业格局?

    中美碳中和:里面有哪些造富机会?将会改变哪些产业格局?

  • 碳中和:挪威在能源转型中的竞争力分析

    ● 导语 欧盟是全球应对气候变化.减少温室气体排放行动的有力倡导者.今年4月21日,欧盟就<欧洲气候法>达成临时协议,2050年碳中和目标将被写入法律.为了评估各国家在能源转型中的竞争力, ...