作為我國能源安全穩(wěn)定供應的基石，煤炭在社會經濟發(fā)展中扮演著重要角色。根據(jù)預測，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。

在中國科學院院士、中國科學技術大學校長包信和看來，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，煤炭完全可以產出符合不同需求的化學品，實現(xiàn)清潔高效利用。
（文丨朱妍 中國能源報）



  能源消費主體仍是化石能源 
     
中國能源報：伴隨著能源轉型進程加速、清潔能源地位提升，對煤炭的質疑聲也隨之而起。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)。結合我國資源稟賦、能源結構、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)最新發(fā)布的2018年國民經濟和社會發(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濟社會發(fā)展的基礎能源，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“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務之急，也是我們通過技術手段可以掌握、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，我國在煤電能耗、污染排放等方面的控制已達到世界領先水平。但我認為，隨著清潔能源大力發(fā)展，煤炭在未來或將不再是發(fā)電的唯一選擇，風電、光伏、水電、核電等利用越發(fā)完善、價格逐步下降，最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化，實現(xiàn)化學品生產。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，利用煤炭制化學品是較為現(xiàn)實的選擇。另一方面，從化學角度來說，制備化學品少不了“碳”這個重要元素，而煤炭就是“碳源”之一。
     
此外，鑒于能源轉換效率、經濟性等因素，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，煤炭不應被摒棄，轉化反應可作為未來其利用的主要途徑。

  技術仍是煤化工瓶頸 

中國能源報：利用煤炭制備化學品，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)，質疑多集中在高水耗、高能耗及高污染排放。但我認為最大障礙仍是技術，這也是清潔高效利用的本質所在。
     
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，可能并不比煤干凈。但事實證明，隨著煉制技術的升級，石油的利用方式越來越多，根據(jù)所含分子不同可生產石腦油、汽油、柴油等不同產品，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構的情況下，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?br />
  建立新的催化體系 

中國能源報：結合上述瓶頸，技術環(huán)節(jié)如何突破？    
包信和：現(xiàn)階段要實現(xiàn)進一步突破，主要有兩大難點值得關注——降低水耗及二氧化碳排放。
     
在現(xiàn)行技術路線下，轉化是“煤-合成氣-化學品或液體燃料”的過程。其中，首先需加入一定量的水，才能將固體的煤轉為氣體，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，用一氧化碳置換出水中的氫，放出二氧化碳。在此基礎上，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品。以煤制烯烴為例，這也是為何生產1噸烯烴往往消耗3—4噸水的原因。
   
反觀上述過程，水耗雖不可避免，“水”在其中卻只是參與了反應循環(huán)，并未實際進入反應產物，相反還排放大量二氧化碳。換言之，若能通過技術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上，建立一套完全創(chuàng)新的催化化工體系，在不增加碳排放的情況下，使得整個化學反應的過程本身不再需要水的參與（當然，工藝過程還需部分循環(huán)水用于冷卻、洗滌等），因此也稱為“干式轉化”。
     
該項研究在2016年一經公開，便得到國內外學術界和產業(yè)界的廣泛關注，并被認為是“煤化工領域一個里程碑式的突破”。目前，項目已完成實驗室試驗，有企業(yè)計劃投資，展開工業(yè)性試驗研究，希望能盡快得到成功的結果。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”，有千變萬化值得期待。
中國能源報：您對煤化工的未來有何展望與期待？
包信和：石油煉制是利用催化劑這把“剪刀”，將原油中的大分子“裁剪”成人們需要的不同大小的分子，我希望，隨著科學和技術的發(fā)展，煤碳，這個復雜的大分子，也能象原油一樣，通過精煉，按照我們的愿望進行分子裁剪。要實現(xiàn)這一“分子煉煤”夢需要更加強大的催化劑和更高效、精準的加氫催化過程。我相信，實現(xiàn)這個夢的應該會是我們中國人，時間應該也不會太長。