作為我國(guó)能源安全穩(wěn)定供應(yīng)的基石，煤炭在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演著重要角色。根據(jù)預(yù)測(cè)，到2030年，煤炭在我國(guó)一次能源消費(fèi)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(duì)的現(xiàn)實(shí)問題。在中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)校長(zhǎng)包信和看來，煤炭清潔利用不僅僅是簡(jiǎn)單的“一燒了之”，通過升級(jí)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(shí)現(xiàn)清潔高效利用。

能源消費(fèi)主體仍是化石能源

記者：伴隨著能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程加速、清潔能源地位提升，對(duì)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(guó)能源未來到底往哪里走?我想，這個(gè)答案非常明確，綠色、清潔、高效是我們追求的目標(biāo)，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(shí)候來?如果沒有時(shí)間性這一尺度，任何戰(zhàn)略性目標(biāo)都將難以實(shí)現(xiàn)。結(jié)合我國(guó)資源稟賦、能源結(jié)構(gòu)、消費(fèi)需求等現(xiàn)實(shí)狀況，我認(rèn)為“未來”并不可一蹴而就，而要認(rèn)認(rèn)真真分階段、分步驟予以規(guī)劃和實(shí)施。

記者：那眼下該怎么做?

包信和：聚焦“眼前”，根據(jù)最新發(fā)布的2018年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃執(zhí)行情況報(bào)告，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重為14.3%。這意味著，至少在現(xiàn)階段，我國(guó)能源消費(fèi)的主體仍是化石能源。而煤炭作為支撐我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)能源，占一次能源消費(fèi)的比重維持在60%左右，要實(shí)現(xiàn)2035年占比降至50%以下的目標(biāo)，還有很長(zhǎng)一段路要走。

對(duì)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(zhǎng)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

記者：如何理解這個(gè)“看得見的未來”?

包信和：煤炭清潔高效利用，是環(huán)境保護(hù)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(shí)現(xiàn)的。簡(jiǎn)而言之，就是高碳能源的低碳化利用。

記者：怎么才能實(shí)現(xiàn)低碳化?

包信和：目前，我國(guó)煤炭的主流利用方向有兩個(gè)。一是用于發(fā)電，這是目前最便捷、最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(guó)在煤電能耗、污染排放等方面的控制已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。但我認(rèn)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)電的唯一選擇，風(fēng)電、光伏、水電、核電等利用越發(fā)完善、價(jià)格逐步下降，最終替代煤電只是一個(gè)時(shí)間問題。

另一利用方向是通過高效轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)化學(xué)品生產(chǎn)。一方面，在“貧油、少氣、相對(duì)富煤”的現(xiàn)實(shí)下，我們很難像國(guó)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(shí)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(gè)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(jì)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(rèn)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

記者：利用煤炭制備化學(xué)品，現(xiàn)階段其實(shí)已有不少實(shí)踐，同時(shí)也伴隨部分爭(zhēng)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(rèn)為最大障礙仍是技術(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)人的最初印象中，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(shí)證明，隨著煉制技術(shù)的升級(jí)，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(shí)現(xiàn)相對(duì)清潔的高效利用。

記者：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(shí)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(gè)個(gè)砌出新的化學(xué)品。這就好比，改造一座大樓時(shí)，不是根據(jù)其已有特性、格局進(jìn)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(jìn)行合理修繕，不僅能得到新房，還可節(jié)約時(shí)間、精力及經(jīng)濟(jì)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?yàn)槲覀兊募夹g(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?

建立新的催化體系

記者：結(jié)合上述瓶頸，技術(shù)環(huán)節(jié)如何突破?

包信和：要實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步突破，主要有兩大難點(diǎn)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(jìn)一步制備化學(xué)品，碳、氫比例要達(dá)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(jìn)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(shí)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(jí)少用水甚至不用水，既可解決長(zhǎng)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(diǎn)研究方向。

記者：圍繞該方向，目前研究進(jìn)展如何?

包信和：我們現(xiàn)在所做的一項(xiàng)主要工作，就是通過開發(fā)一套新型催化過程，實(shí)現(xiàn)煤基合成氣直接制低碳烯烴。簡(jiǎn)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(gè)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(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注，并被認(rèn)為是“煤化工領(lǐng)域一個(gè)里程碑式的突破”。目前，項(xiàng)目已進(jìn)入中試階段，計(jì)劃投資2億多元展開進(jìn)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(jiǎn)單的“一燒了之”，借助催化劑這個(gè)“黑匣子”，有千變?nèi)f化值得期待。