原創(chuàng) 郭媛媛 于寶源 環(huán)境保護(hù) 2022-08-01 15:10 發(fā)表于北京
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彭蘇萍，2007年當(dāng)選為中國工程院院士，我國礦山工程地質(zhì)與工程物探專家，能源環(huán)境專家。于1988年在中國礦業(yè)大學(xué)北京研究生部博士研究生畢業(yè)，獲煤田地質(zhì)與勘探專業(yè)博士學(xué)位�，F(xiàn)任中國礦業(yè)大學(xué)(北京)教授、煤炭資源與安全開采國家重點實驗室主任。彭蘇萍院士研究發(fā)現(xiàn)煤層砂巖頂板變薄尖滅帶是頂板災(zāi)害易發(fā)區(qū)，建立了煤層頂板穩(wěn)定性地質(zhì)預(yù)測技術(shù)與方法。率先開展了煤礦三維三分量地震勘探技術(shù)研究，建立了以野外采集評價技術(shù)、三維地震可視化解釋與反演技術(shù)、縱橫波聯(lián)合解釋技術(shù)為基礎(chǔ)的煤礦高分辨三維地震勘探技術(shù)體系，并將物探技術(shù)與水資源保護(hù)利用相結(jié)合，促進(jìn)生態(tài)修復(fù)在煤炭企業(yè)廣泛推廣應(yīng)用并形成不同的修復(fù)模式。研發(fā)了固體氧化物燃料電池儲能調(diào)峰技術(shù)方法，對于煤炭綠色轉(zhuǎn)型和生態(tài)修復(fù)協(xié)同碳中和，具有較好的推廣應(yīng)用潛力。先后榮獲了國家科技獎5項，省部級科技進(jìn)步特等獎1項、一等獎4項、二等獎4項（均排名第一），軍隊科技進(jìn)步二等獎1項（排名第二）；取得了國家軟件版權(quán)6項、發(fā)明專利27項，出版專著11本。
2021年9月22日印發(fā)的《中共中央 國務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》指出，要以經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型為引領(lǐng)，加快構(gòu)建清潔低碳安全高效能源體系，嚴(yán)格控制化石能源消費，加快煤炭減量步伐，“十四五”時期嚴(yán)控煤炭消費增長。2021年11月2日印發(fā)的《中共中央 國務(wù)院關(guān)于深入打好污染防治攻堅戰(zhàn)的意見》指出，要以減污降碳協(xié)同增效為總抓手，切實維護(hù)生態(tài)環(huán)境安全，持續(xù)提升生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量，科學(xué)推進(jìn)歷史遺留礦山生態(tài)修復(fù)，開展大規(guī)模國土綠化行動。未來，我國傳統(tǒng)能源與新能源之間會是怎樣的一種關(guān)系？煤炭綠色低碳轉(zhuǎn)型的路徑是什么？煤礦塌陷區(qū)實施生態(tài)修復(fù)的意義和重要性體現(xiàn)在哪些方面？會產(chǎn)生怎樣的生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益？近日，《環(huán)境保護(hù)》雜志記者對中國工程院院士、煤炭資源與安全開采國家重點實驗室主任、中國礦業(yè)大學(xué)（北京）礦山生態(tài)修復(fù)研究院院長彭蘇萍進(jìn)行了專訪，請他談一談對上述問題的思考與實踐。碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)離不開煤炭綠色轉(zhuǎn)型的積極貢獻(xiàn)《環(huán)境保護(hù)》：我國實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)（以下簡稱“‘雙碳’目標(biāo)”），煤炭扮演著怎樣的角色？ 彭蘇萍：我國擁有全球最大的能源系統(tǒng)，也是最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國。2020年，我國煤炭相關(guān)產(chǎn)業(yè)二氧化碳排放量約76億t，占我國二氧化碳總排放量的77%左右。大規(guī)模開發(fā)利用的煤炭是我國最為突出的溫室氣體排放源。能源行業(yè)是我國實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵。從我國能源消費結(jié)構(gòu)看，化石能源占84%的比重，其中，煤炭占57%，天然氣和石油占比為27%；新能源與可再生能源只占到16%的比重，其中，水電占7%，核電占3%，其他6%為風(fēng)電、光伏、生物質(zhì)和地?zé)崮�。我國一年消費石油約7億t，但是自產(chǎn)石油只有2億t，其余5億t石油則依賴進(jìn)口。在一定時期內(nèi)，煤炭仍然是我國能源安全的基石，煤炭綠色轉(zhuǎn)型是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的必然選擇。煤炭綠色低碳發(fā)展離不開技術(shù)創(chuàng)新《環(huán)境保護(hù)》：煤炭等化石能源綠色低碳轉(zhuǎn)型路徑是什么？化石能源與新能源將以怎樣的關(guān)系并存？ 彭蘇萍：世界各國能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的路徑與方式各有不同，這是由各國資源稟賦與技術(shù)優(yōu)勢差異所決定的。從世界能源格局和資源稟賦看，我國實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)比歐美等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的難度都要大一些。這是因為歐洲主要依賴天然氣，美國主要依賴石油，我國則主要依賴煤炭，而煤炭是化石能源中碳排放最高的。此外，歐洲除天然氣外，還有核電做支撐。而我國受地理環(huán)境和地質(zhì)構(gòu)造等因素影響，有些地區(qū)建設(shè)核電站難度很大。碳約束將深刻影響和改變我國現(xiàn)有能源開發(fā)利用方式。我國應(yīng)立足國情推進(jìn)綠色轉(zhuǎn)型。煤炭綠色低碳化發(fā)展是我國實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵。推動經(jīng)濟(jì)增長模式的綠色低碳轉(zhuǎn)型不可能一蹴而就。當(dāng)前一個時期內(nèi)，我國還是要實行“兩條腿”走路。一是通過技術(shù)創(chuàng)新將高碳能源低碳化利用。化石能源在使用過程中會排放大量二氧化碳，給減排造成巨大壓力。實現(xiàn)煤炭低碳發(fā)展，須依靠顛覆性技術(shù)創(chuàng)新。我國多煤少氣，需要發(fā)展煤氣化技術(shù)，尤其需要發(fā)展二氧化碳近零排放的煤氣化燃料電池發(fā)電技術(shù)。整體煤氣化燃料電池可以突破以往燃煤電廠通過汽輪機(jī)發(fā)電的模式，提高煤氣化燃料電池發(fā)電效率，降低二氧化碳捕集成本，同時實現(xiàn)二氧化碳及污染物近零排放，是煤炭發(fā)電的根本性變革技術(shù)。以燃煤電廠為例，采用煤氣化燃料電池發(fā)電技術(shù)可以直接把在發(fā)電過程中產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)行富集處置，使其不排到空氣中，同時將發(fā)電效率從30%提升到60%，這樣可以減少一半的煤炭使用量。高碳能源低碳化利用方面的技術(shù)創(chuàng)新工作還需要我們不懈努力。煤炭低碳發(fā)展助力碳達(dá)峰的措施還有：大力發(fā)展煤炭開采碳排放控制技術(shù)；降低煤炭開發(fā)利用的能源消耗強(qiáng)度；提升用煤質(zhì)量，減少煤炭利用碳排放；推動煤炭向原料、燃料并重轉(zhuǎn)變；推動煤炭與其他能源實現(xiàn)融合發(fā)展；研發(fā)實用的碳捕集、利用與封存技術(shù)。我們對煤炭技術(shù)比較熟悉，因此，我國的煤炭低碳化利用問題不是很難解決，只要在政策上支持，在資金上引導(dǎo)，在科學(xué)上重視，一定會取得重大突破。二是通過技術(shù)創(chuàng)新提升新能源和可再生能源比例。實際上，我國一直非常重視能源轉(zhuǎn)型，期待新能源和可再生能源的比例得到大幅度提升，但是這個難度相當(dāng)大。我國的風(fēng)電和光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)主要分布在西部，距離東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)較遠(yuǎn)，造成了空間上的障礙，需要發(fā)展大規(guī)模儲能調(diào)峰技術(shù)。這也是目前氫能與燃料電池技術(shù)快速發(fā)展的原因。氫能產(chǎn)業(yè)鏈長，涉及制氫、儲運氫以及以燃料電池為代表的應(yīng)用技術(shù)。目前國際上應(yīng)用最為廣泛的燃料電池有固體氧化物燃料電池和質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)。固體氧化物燃料電池發(fā)電，或通過燃料電池的逆過程電解水制氫，以及電解二氧化碳制一氧化碳，可以使風(fēng)能、太陽能等高效轉(zhuǎn)化成可持續(xù)能源，是未來有前景的能源轉(zhuǎn)化儲存和碳中和技術(shù)。與質(zhì)子交換膜燃料電池90℃左右的工作溫度相比，固體氧化物燃料電池工作溫度可以高達(dá)700℃左右，一次發(fā)電效率可以達(dá)到60%，比較適合大規(guī)模供電與集成式發(fā)電。除了發(fā)電效率高外，固體氧化物燃料電池發(fā)電技術(shù)的余熱品質(zhì)也很高，溫度可高達(dá)600℃，可以用于熱電聯(lián)供，熱電聯(lián)供效率可達(dá)到90%以上�？梢哉f，基于固體燃料電池的分布式發(fā)電是十分高效、環(huán)保的燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)。質(zhì)子交換膜燃料電池對氫氣的質(zhì)量要求高，因此其成本較高。目前，煤制氫過程中的氫氣純度還達(dá)不到質(zhì)子膜燃料電池的要求，還要進(jìn)一步分離提純，因此社會上廣泛提出了“綠氫”問題。實際上，問題不在氫上，主要還是燃料電池的問題。質(zhì)子膜燃料電池的工作溫度太低，如果采用工作溫度高的固體氧化物燃料電池，就不存在這個問題。固體氧化物燃料電池不要求純度很高的氫氣，而且除氫氣之外，還可以用天然氣、石油氣、煤的合成氣等替代氫氣作為燃料，其供給模式可以不打破現(xiàn)有能源供應(yīng)鏈。固體氧化物燃料電池技術(shù)還有一個優(yōu)勢，其待機(jī)啟動所需時間在半小時以內(nèi)，非常適用于電力調(diào)峰。“雙碳”目標(biāo)的提出對我國來說是一個機(jī)遇。在今后的20～30年，我國要繼續(xù)拓展應(yīng)用可再生能源，必須要解決調(diào)峰問題。對于分布式固體氧化物電解池制氫，我們計劃在山東建設(shè)若干個示范基地，并利用集裝箱的堆疊解決氫的儲運難題，節(jié)省儲運成本。另外，我們也希望將固體氧化物燃料電池技術(shù)應(yīng)用到居民小區(qū)里，作為小區(qū)供熱或制冷的來源。固體氧化物燃料電池高效發(fā)電和固體氧化物電解池分布制氫技術(shù)的發(fā)展對于提高可再生能源的利用比例具有很重要的作用。通過固體氧化物燃料電池技術(shù)實現(xiàn)化石能源利用的“零碳”排放是我們的奮斗目標(biāo)�？梢哉f，未來10～20年將是我國氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要機(jī)遇期，我國需緊密聯(lián)系能源發(fā)展實際，助力實現(xiàn)氫能源高質(zhì)量發(fā)展，從戰(zhàn)略、政策、技術(shù)、資金、國際合作等多方面積極謀劃，通過改革創(chuàng)新破解發(fā)展難題。煤炭的開采與生態(tài)保護(hù)不能再走老路《環(huán)境保護(hù)》：大力推動技術(shù)創(chuàng)新是實現(xiàn)煤炭綠色低碳發(fā)展的利器，這對煤炭開采和煤炭生產(chǎn)企業(yè)提出了新的要求。在人們的普遍印象中，煤炭開采的負(fù)效應(yīng)是帶來生態(tài)環(huán)境的破壞和惡化。您認(rèn)為我國煤礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)和修復(fù)工程如何制定和實施將更有助于“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)？彭蘇萍：西北地區(qū)是我國主要的煤炭基地。我們的課題組曾經(jīng)對這一地區(qū)的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行了20多年的長期監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果表明，從1990年西部煤炭規(guī)�；_采以來，西北地區(qū)的生態(tài)環(huán)境不是逐漸變差，而是逐漸變好。這徹底改變了煤炭開采只會破壞生態(tài)環(huán)境這一傳統(tǒng)觀念。大自然原本就具備自我修復(fù)的功能和潛力。人與自然和諧共生的生態(tài)文明觀是我們需要遵循的。人工生態(tài)修復(fù)與自然生態(tài)修復(fù)共同促進(jìn)了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的正向演替。其實，煤炭開采與生態(tài)環(huán)境保護(hù)并不矛盾，通過技術(shù)手段可以實現(xiàn)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的雙贏目的。比如，煤炭開采會使地面沉陷并出現(xiàn)裂隙。以前相關(guān)方面的專家都只關(guān)注到這是對自然生態(tài)的一種破壞，造成漏水、漏肥、拉傷根系。其實產(chǎn)生的裂隙也可以是一種有效的生態(tài)修復(fù)方式，就像農(nóng)民在耕種前先要松土一樣。通過裂縫的松土作用，提高土壤入滲能力，增加土壤透氣性，輔以適量生物土壤改良技術(shù)，可促進(jìn)農(nóng)作物的增產(chǎn)、增收�？梢�，煤炭開采對生態(tài)環(huán)境的影響具有正負(fù)兩方面效應(yīng)，開采對生態(tài)環(huán)境的影響用“損傷”描述比“破壞”更為貼切，這是我們從幾十年的工作成果中得到的一個結(jié)論。比如，晉陜蒙黃土高原在20世紀(jì)80年代種植了很多樹木，但是直到如今樹木仍只有幾米高，生長緩慢；而通過生態(tài)修復(fù)后的煤礦區(qū)種植的樹木就能夠長到十余米高，整個礦區(qū)的生物多樣性也明顯增多。通過與周圍生態(tài)環(huán)境的對比，發(fā)現(xiàn)其主要原因是煤礦區(qū)生態(tài)修復(fù)或重建時，將表土環(huán)境整個給“刨”或“翻”了一遍，打破了原有的生態(tài)環(huán)境和不利于植物生長的環(huán)境因子，促進(jìn)現(xiàn)有生態(tài)環(huán)境的改善。我國部分地區(qū)由于無限制地獲取自然資源，沒有對區(qū)域資源枯竭后轉(zhuǎn)型升級進(jìn)行長遠(yuǎn)規(guī)劃和布局，造成區(qū)域經(jīng)濟(jì)衰退。我們不能再走這些地區(qū)的老路。課題組對煤礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)和修復(fù)工作進(jìn)行了認(rèn)真思考，提出了“三個區(qū)域富饒”生態(tài)戰(zhàn)略構(gòu)想，即煤礦開采奠定了區(qū)域富饒，煤炭開發(fā)實現(xiàn)了區(qū)域富饒，生態(tài)修復(fù)延續(xù)了區(qū)域富饒。以內(nèi)蒙古鄂爾多斯和陜西榆林兩個以煤、煤化工為基礎(chǔ)的工業(yè)化城市為例，我們通過“全周期生態(tài)演變四維監(jiān)測、生態(tài)安全影響程度評價及預(yù)測、地下水保護(hù)與礦井水處理、沙塵智能監(jiān)測與沙塵綜合防控、生態(tài)減損開采、生物種群優(yōu)化配置、鹽堿地微生物修復(fù)、土壤修復(fù)與植被恢復(fù)”八項核心技術(shù)，將煤礦區(qū)變成了一個景色優(yōu)美、生態(tài)宜人的宜居區(qū)。《環(huán)境保護(hù)》：我國煤礦區(qū)的生態(tài)修復(fù)該如何進(jìn)一步拓展思路，發(fā)揮積極作用？ 彭蘇萍：我們的長期跟蹤研究顯示，開采之后的煤礦塌陷區(qū)通過生態(tài)修復(fù)治理可以變成固碳的新場所。修復(fù)后的土壤本身能夠固碳，種植的草木也可以吸收二氧化碳。我們算了一筆賬，如果把全國所有煤礦塌陷區(qū)80%的面積進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，至少能固碳11億t，若是降雨量再加大一點，還可以增加10%的固碳量。所以煤礦開采煤炭之后，積極探索“以‘主動治理’替代‘被動修復(fù)’，以‘全過程治理’替代‘末端治理’，以‘邊開采邊治理’替代‘先開采后治理’，以‘開發(fā)同時保護(hù)’替代‘先開發(fā)后保護(hù)’，以‘煤礦區(qū)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展’促進(jìn)‘地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)’”的煤礦生態(tài)環(huán)境修復(fù)新模式極其重要。煤礦區(qū)的生態(tài)修復(fù)是我國實現(xiàn)碳中和不可或缺的中堅力量。通過反哺政策進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，使得挖煤后的礦區(qū)生態(tài)環(huán)境比開采前好很多。30年前進(jìn)行大規(guī)模煤炭開發(fā)的內(nèi)蒙古鄂爾多斯和陜西榆林地區(qū)，以前大部分地區(qū)都是沙漠地帶，現(xiàn)在則變成了一片綠洲，就是最好的證明。
