原創(chuàng) 郭媛媛 于寶源 環(huán)境保護 2022-04-26 17:02 發(fā)表于北京
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劉中民，男，1964年9月出生，于2015年當選為中國工程院院士，我國石油化工、煤化工專家。1983年畢業(yè)于鄭州大學化學系，1990年在中國科學院大連化學物理研究所獲博士學位�，F任中國科學院大連化學物理研究所所長、中國科學院青島生物能源與過程研究所所長、甲醇制烯烴國家工程實驗室主任、國家能源低碳催化與工程研發(fā)中心主任。他長期從事能源化工領域催化新過程研究與開發(fā)，完成多項創(chuàng)新成果并實現產業(yè)化，發(fā)表了研究論文300余篇，負責開發(fā)了甲醇制烯烴（DMTO）技術，并率先在世界上實現工業(yè)化，還牽頭開發(fā)了甲醇制乙醇（DMTE）技術，完成了世界首套10萬t/a煤基乙醇工業(yè)示范項目，為百萬噸級工業(yè)裝置建設奠定了基礎。
《中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》指出，到2025年，綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經濟體系初步形成，重點行業(yè)能源利用效率大幅提升，并就推進經濟社會發(fā)展全面綠色轉型、深度調整產業(yè)結構、加快構建清潔低碳安全高效能源體系、加強綠色低碳重大科技攻關和推廣應用等方面提出了具體要求。碳達峰、碳中和目標將會給我國的經濟社會發(fā)展帶來怎樣的挑戰(zhàn)？應該如何穩(wěn)步走好能源低碳轉型之路？轉型過程又將帶動和促進哪些行業(yè)和領域的創(chuàng)新與發(fā)展？近日，《環(huán)境保護》雜志記者視頻連線中國工程院院士、中國科學院大連化學物理研究所所長劉中民，就上述問題對他進行了專訪。
《環(huán)境保護》：有專家認為，碳中和目標會給我國的經濟發(fā)展帶來巨大挑戰(zhàn)。您對此如何看待？
劉中民：碳中和目標對我國能源產業(yè)結構、經濟結構轉型升級提出更高要求，需頂層超前謀劃，構建多能融合新能源體系，保障新經濟發(fā)展模式下的能源安全與持續(xù)穩(wěn)定供給。中國的二氧化碳（CO2）排放總量已于2005年超過美國，中國由此成為全球第一大碳排放國家。隨著經濟持續(xù)快速增長，中國的CO2排放總量仍呈快速增長趨勢，到2020年占全球CO2排放總量的30%左右。能源利用是我國溫室氣體的主要來源。實現碳中和目標意味著要進行顛覆性的能源革命、科技革命和經濟轉型，要顛覆從工業(yè)革命以來建立的以化石能源（如煤炭、石油、天然氣）為主導的能源體系，轉變?yōu)橐苑腔茉礊橹鲗У哪茉大w系。我認為，規(guī)模性是實現碳中和目標必須要考慮的問題。因為我國碳排放總量巨大，且從實現碳達峰到實現碳中和只有30年左右的時間，所以在極短時間內實現如此巨大規(guī)模的碳減排任務艱巨。能源利用與工業(yè)生產密切相關，鋼鐵、水泥、化工等行業(yè)產生的CO2排放量約占CO2排放總量的40%。能源消費及CO2排放量受產品需求影響，與經濟發(fā)展速度和結構聯(lián)動，技術上難以通過替代進行減排，屬于難脫碳行業(yè)，僅僅依靠自身技術進步的減排空間小，減排成本高。實現碳中和目標，各個領域不僅要突破諸多關鍵技術門檻，還要破除各類能源之間的壁壘，突破工業(yè)流程再造的瓶頸和關鍵核心技術，這也正是構建我國新能源體系與產業(yè)轉型升級的重點方向和難點問題�？珙I域、系統(tǒng)化布局不僅有巨大的創(chuàng)新空間，還會產生巨大的總體節(jié)能減排效果。多能融合的新型能源體系能夠切實提高能源儲備和保障能力，保障我國能源產業(yè)鏈、供應鏈的安全和穩(wěn)定。
《環(huán)境保護》：請問在“碳中和”的大背景下，我國化工領域會受到哪些影響？您認為化工行業(yè)后續(xù)的發(fā)展方向是什么？如何實現產業(yè)轉型與能源轉型？
劉中民：我國的資源稟賦決定了化石資源仍將在較長時期內在能源生產及工業(yè)利用中發(fā)揮作用。煤化工的發(fā)展不僅要保障我國能源安全和產業(yè)鏈、供應鏈的穩(wěn)定，還要彌補我國石油不足所造成的結構性缺陷。煤化工在以技術創(chuàng)新促進自身實現清潔化、低碳化轉型的同時，還能夠促進相關高能耗工業(yè)轉型升級。現代煤化工是以煤為主要原料，能夠生產多種清潔燃料和基礎化工原料的煤炭加工轉化產業(yè)。經過20余年的發(fā)展，我國現代煤化工行業(yè)整體技術位于世界領先水平，一批標志性的新技術在我國已首次實現工業(yè)化。煤化工行業(yè)的發(fā)展對保障國家能源安全、推動產業(yè)結構調整和地方經濟發(fā)展具有重要作用。我國現已形成較為完備的煤直接液化、煤間接液化、煤制甲醇、甲醇制烯烴、合成氣制乙二醇等關鍵工藝和工程體系，大型氣化爐等關鍵裝備已經全部實現國產化，技術裝備水平也已總體達到國際領先水平。在我國碳達峰、碳中和目標及能源結構轉型的背景下，煤化工產業(yè)將進一步與新能源融合，向清潔化、低碳化方向發(fā)展，重點發(fā)展與新能源制氫耦合技術、煤炭/合成氣直接轉化制燃料與化學品技術等，將綠色理念貫穿于整個生產過程，最大限度地減少對生態(tài)環(huán)境的污染和碳排放，降低生產成本。煤化工作為保證國家能源安全和產業(yè)鏈完整的支柱型產業(yè)，應該得到更多關注。煤化工的基本任務通常被認為是“石油替代”，但不僅要用煤化工來填補石油資源及產品供應的不足，更要實現二者的協(xié)調發(fā)展，促進相關產業(yè)進步，由此形成更加合理的工業(yè)結構。同時，我特別要強調，僅僅依靠煤化工行業(yè)自身的技術進步和效率提升實現低碳清潔發(fā)展仍然面臨一些挑戰(zhàn)，需要發(fā)揮國家體制優(yōu)勢，超越領域限制，將現代煤化工放在能源與工業(yè)變革的大格局下統(tǒng)籌考慮，打破各能源種類相互獨立分割的局面，推動各能源系統(tǒng)之間的資源整合，解決現代煤化工低碳清潔發(fā)展問題。
《環(huán)境保護》：據了解，煤炭可以通過煤化工技術生產煤制油來替代一些進口石油，從而讓我國的能源對外依存度降下來。另外，燃煤發(fā)電的清潔度也在逐步提升。您如何看煤炭的問題？煤炭又該何去何從，最好的出路是什么？
劉中民：從能源產業(yè)鏈安全穩(wěn)定的角度考慮，煤炭利用正從能源燃料向燃料和原料并重的角色轉變。我國能源資源稟賦具有“富煤貧油少氣”的特征，在全國已探明的化石能源資源儲量中，煤炭占比為94%左右，石油、天然氣對外依存度偏高，存在供應安全風險；可再生能源產能難以滿足全國14億人口的用能需求，仍需要煤炭、石油等化石能源保障供需平衡和經濟社會發(fā)展的基本需求。
煤炭具有能源和原料雙重屬性，提升其作為原料的利用比例是重要的發(fā)展方向。在世界能源發(fā)展歷史中，煤炭的能源化利用方式主要是通過燃燒過程為人們提供熱量、電力。而煤炭的原料化利用是指煤經過加工轉化為化學產品。與煤燃燒相比，原料化利用的碳元素更多地留在了產品中，CO2排放到自然中的量也少一些。能源從高碳向低碳甚至無碳轉變是國際大趨勢，但是，地球上的生物及生命活動本來就是基于以碳元素為基礎的物質系統(tǒng)，隨著社會不斷發(fā)展，人們對有機化學產品及材料的需求仍將繼續(xù)增加。
當前，煤炭的原料利用是推動供給側結構性改革的重要舉措，也是實現石化產品原料多元化、保障我國能源安全的重要途徑。近些年興起的現代煤化工以煤熱解、氣化為基礎，以一碳化學為主線，以新型催化劑和工藝過程為核心，以工藝流程裝備為保障，產品主要有合成油、天然氣、烯烴、乙醇、乙二醇、芳烴、精細化學品等，人們生活中常用的塑料、合成橡膠、合成纖維等都離不開這些原料�，F代煤化工不僅可緩解我國石油依存度過高的局面，還可以實現我國能源化學品生產的多元化，提高我國應對國際原油價格波動的能力，同時也可彌補現有石油加工與石油化工行業(yè)的結構性缺陷，促進工業(yè)結構轉型升級，特別是在緊急情況下還可以成為保障油氣供應的重要支柱，為國家的能源安全提供支撐。
《環(huán)境保護》：在我國能源結構調整過程中，您對哪種能源有較高的期待？從專業(yè)的角度來看，推進減污降碳協(xié)同增效，后續(xù)還需要在哪些方面做出更多努力？劉中民：發(fā)揮氫能、儲能在新能源體系中的紐帶作用，協(xié)同解決風能、太陽能、生物質能等新能源大規(guī)模應用和化石能源清潔低碳發(fā)展問題。當下我國正處于新舊能源交替的關鍵時期。以風能、太陽能、生物質能為代表的新能源儲量豐富，具備豐富的能源供給手段以及替代傳統(tǒng)能源供應的巨大潛力。習近平主席在氣候雄心峰會上提出了到2030年，風電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達到12億kW以上的愿景目標。目前，新能源（如風能、太陽能等）普遍存在能量密度低及低負荷運轉時穩(wěn)定性差等問題，難以自成體系或通過自身技術進步提供穩(wěn)定的能源供應。鑒于此，建議要從國家層面協(xié)同解決新能源大規(guī)模應用和化石能源清潔低碳發(fā)展問題，重點發(fā)揮氫能、儲能等在整個新能源體系中的紐帶作用。國家和地方需要加大對儲能產業(yè)發(fā)展的支持力度，營造有利于儲能產業(yè)發(fā)展的電力市場機制，明確儲能應用的市場準入條件和主體地位，同時借助人工智能驅動大電網安全辨識與控制，提升電力系統(tǒng)的安全性、可靠性和靈活性。氫能作為二次能源，相比太陽能、風能等更便于儲備、運輸，是“能源互聯(lián)網”中的重要紐帶，也是新能源的“搬運工”。通過新能源電解水制氫技術實現零碳排放制取“綠氫”，利用氫的能量和物質雙重屬性，構建“綠氫”與煤化工耦合、“綠氫”與CO2催化轉化制取油品和大宗化學品、氫能汽車、氫能發(fā)電、氫能冶煉等綠色工業(yè)體系。重點突破電解水制氫，氫能綜合利用、存儲、運輸、使用等環(huán)節(jié)的關鍵技術，推進跨能源系統(tǒng)、跨產業(yè)的融合或替代。這不僅能有效地解決新能源電量消納問題，還可解決新能源的儲存、再分配問題，同時降低化石能源帶來的大量CO2排放。我國東北、西北、西南地區(qū)擁有豐富的風能、太陽能和水能等，可積極推進可再生能源電解水制氫、儲氫、用氫的先行示范，以點帶面，促進大規(guī)模、系統(tǒng)性的技術落地。發(fā)揮高等院校及科研院所在原理創(chuàng)新、方法創(chuàng)新、技術創(chuàng)新等方面的作用，充分釋放國家政策紅利，激勵氫能相關的先進技術成果在高碳排放地區(qū)的轉移轉化，加快高碳地區(qū)的低碳化發(fā)展進程。高能耗工業(yè)是產生系統(tǒng)性變革的重點領域《環(huán)境保護》：我國的減碳事業(yè)可能會帶動哪些領域的發(fā)展和行業(yè)創(chuàng)新？請談談您的看法。劉中民：在減碳大形勢下，能夠實現高碳行業(yè)綠色低碳循環(huán)發(fā)展的可行性手段和技術研究，將是重點發(fā)展方向。電力工業(yè)、高能耗工業(yè)將是產生行業(yè)創(chuàng)新與系統(tǒng)性變革的重點領域。能源革命與工業(yè)革命歷來交互發(fā)展，共同作用促進社會經濟結構變革。全球能源發(fā)展正處于從高碳到低碳再到無碳的關鍵過渡期。我國的能源革命已經拉開了序幕，碳達峰、碳中和目標的牽引也必然會促進我國工業(yè)革命的迅速開展。比如，電力行業(yè)減排最為困難，需要全新的發(fā)電方式；鋼鐵行業(yè)低碳化需要流程再造，破除焦炭煉鋼的舊模式；水泥行業(yè)需要顛覆性的新概念、新流程。我認為，在發(fā)電方面，可充分利用大規(guī)模儲能平臺，推進可再生能源大規(guī)模、高比例發(fā)展，降低煤電機組的發(fā)電、調峰需求，降低電煤消費。在煤炭轉化方面，要大力推進可再生能源、高溫核能等制取氫氣，從源頭上降低煤炭消費，實現工業(yè)生產過程的零碳化、負碳化。在產業(yè)融合方面，基于合成氣平臺，推進鋼鐵與化工行業(yè)融合，推進含碳尾氣的資源化利用，基于共性產品，推進煤化工與石油化工融合。我國已積極進行相關領域關鍵技術的研發(fā)與攻關部署。中科院針對煤炭清潔高效轉化利用完成了“低階煤清潔高效梯級利用關鍵技術與示范”先導專項，同時還圍繞國家潔凈能源體系構建，成立了潔凈能源創(chuàng)新研究院，啟動實施了“變革性潔凈能源關鍵技術與示范”先導專項，實現了一些碳達峰、碳中和目標和多能融合共性支撐技術的創(chuàng)新。例如，氫能及儲能技術、先進安全核能技術、CO2捕集、利用與封存（CCUS）技術等。2020年10月，千噸級“液態(tài)陽光”合成示范項目成功運行。該項目利用太陽能等可再生能源發(fā)電、電解水生產“綠色”氫能，并將CO2加氫轉化為“綠色”甲醇等液體燃料。2019年9月，中科院原創(chuàng)的千噸級合成氣直接轉化制烯烴技術工業(yè)中試裝置投料一次成功，快速實現成果從科學論文走進工廠，引領了高效、節(jié)水煤化工的發(fā)展方向。該技術被列為國家能源技術短板清單任務。總體上，我們正處于能源革命、工業(yè)革命、科技革命與人工智能互相疊加的大變革的初期。我國以化石能源為基礎的能源生產與工業(yè)結構將向綠色低碳的方向快速轉變，既是挑戰(zhàn)也是機遇。國家已經作出了全面部署和安排，近期一些與雙碳工作相關的規(guī)劃也陸續(xù)出臺，這些規(guī)劃的一個共同點是強調科技創(chuàng)新的重要性。我們有理由相信，通過科技創(chuàng)新的引領作用，不僅我國一些傳統(tǒng)高能耗工業(yè)將發(fā)生變革性變化，也將快速催生一些新的戰(zhàn)略產業(yè)。
文/本刊記者 郭媛媛 于寶源
