在實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)過程中，能源結(jié)構(gòu)改革是非常重要的一個環(huán)節(jié)，煤炭是我國能源結(jié)構(gòu)的中流砥柱，在能源改革的過程中，煤炭將扮演什么樣的角色？我國在煤炭轉(zhuǎn)化的研究中都取得了哪些關(guān)鍵的進(jìn)展呢？

今天給大家分享的文章來自包信和院士，對煤炭轉(zhuǎn)型路徑進(jìn)行了深度講解，此外我還匯總了12篇包信和院士有關(guān)雙碳、能源轉(zhuǎn)型、可再生能源等領(lǐng)域的深度思考，可一同下載閱讀。

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如何理解雙碳？

一個國家，特別是像中國這樣的發(fā)展中國家，發(fā)展過程中一定要進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，而生產(chǎn)是需要使用大量能源的。目前我們使用的能源主要是化石能源，燃燒之后會產(chǎn)生二氧化碳，因此在能源使用過程中就要排放碳。近幾十年來，由于我國的經(jīng)濟(jì)一直在高速發(fā)展，所以能源的用量就一直在上升。所謂碳達(dá)峰，也就是希望我國盡快達(dá)到碳排放的最高值。

實現(xiàn)碳達(dá)峰之后，我們要采取各種方法，在減少二氧化碳排放的同時，增加對二氧化碳的處理，最終使每年碳的排放量能夠等于碳的自然吸收量加上處理掉的量，使二氧化碳的產(chǎn)生和清除達(dá)到平衡，這個平衡就叫做碳中和。

我國能源生產(chǎn)占據(jù)了碳排放的80%以上。所以，要想按期實現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和的目標(biāo)，最需要關(guān)注的就是能源。

有三個環(huán)節(jié)需要我們重點關(guān)注：

首先是清潔能源的獲得環(huán)節(jié)，也就是本身不會產(chǎn)生大量碳排放的能源；

第二是能源的使用環(huán)節(jié)，也就是研究如何在能源使用過程中減少碳排放；

第三個環(huán)節(jié)就是排放環(huán)節(jié)，如何在這個環(huán)節(jié)中將要排放的碳進(jìn)行吸收、處理。

02

煤炭如何迎來第二春？

煤炭首要的特點是能量密度非常高，也就是說單位體積內(nèi)產(chǎn)生能量很多；相比之下，風(fēng)能和太陽能的單位面積上產(chǎn)生的能量較小。我們的生產(chǎn)生活需要大量的能量，因此煤炭這一化石能源很有優(yōu)勢。

在化石燃料中，中國的煤儲量相對于石油和天然氣來說，還是比較高的。目前，煤在我國能源結(jié)構(gòu)的比重要占60%左右，所以即便煤可能有污染的問題，也不可能說不用就不用。

總體來講，相對于新能源，煤炭的價格還是比較低的，在考慮經(jīng)濟(jì)效益的情況下，煤炭的使用還是主流。因此，在一段時間之內(nèi)，煤的使用不可能被替代。

也正是由于煤炭不可替代性，對煤炭的研究就變得非常重要。在“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)過程中，在我們找到比煤炭更加優(yōu)秀的替代品之前，不能先否定煤炭，而是要用科技手段將煤炭的使用變得綠色化，實現(xiàn)清潔、低碳、高效。

把煤轉(zhuǎn)化成其它化學(xué)品，包括與石油類似的液體燃料，也是一個比較重要的方向。

液體燃料是我國比較缺乏的資源。在很早之前，中國就把煤轉(zhuǎn)化列為一項戰(zhàn)略技術(shù)，以防備極端情況下的石油斷供問題。把煤炭轉(zhuǎn)化為液體燃料，與目前的國際油價相比是不經(jīng)濟(jì)的，因此不適合大規(guī)模生產(chǎn)，其價值主要體現(xiàn)在其戰(zhàn)略性上。

但是經(jīng)過多年努力以后，通過探索和改善，我們發(fā)現(xiàn)煤的轉(zhuǎn)化不只是一個戰(zhàn)略儲備性的技術(shù)，在某些層面上也能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。例如劉中民院士的研究，把煤通過甲醇變成烯烴的技術(shù)（點擊閱讀，在經(jīng)濟(jì)上已經(jīng)可行了，也就是說用煤炭來生產(chǎn)烯烴是可以賺錢的，那么就可以大力發(fā)展了。

03

煤炭制取烯烴與雙碳的關(guān)系

在消耗水、碳排放和選擇性差這三個問題上，我們課題組的研究內(nèi)容主要指向其中的兩個。首先，我們的生產(chǎn)過程中可以做到不用水。第二，我們的工藝選擇性很強。例如，在篩選2個碳原子到4個碳原子的烯烴過程中，選擇性可以達(dá)到90%。

雖然從原理上來看沒有減少二氧化碳的排放，但是我們用一步就能實現(xiàn)原來要三步才能做成的過程，流程縮短了，也就降低了能耗，從而間接地實現(xiàn)了減排。

如果使用新能源技術(shù)產(chǎn)生的氫來代替水，那么就不需要排出氧，這樣從原理上就可以減少煤炭轉(zhuǎn)化過程中的二氧化碳排放了。因此，煤炭轉(zhuǎn)化的新技術(shù)如果能與氫能源技術(shù)的發(fā)展耦合起來，那么就可以進(jìn)一步有助于實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

04

如何在煤轉(zhuǎn)化過程當(dāng)中降低碳排放？

首先是將煤炭轉(zhuǎn)化為含氧的產(chǎn)品的研究，例如轉(zhuǎn)化為乙醇或者乙二醇，這樣就可以減少二氧化碳排放。另外，我們還進(jìn)行了過程優(yōu)化方面的研究，通過提高效率的方式來降低二氧化碳排放。

另外，我們也探究新的煤炭轉(zhuǎn)化機(jī)制。根據(jù)前面的介紹，煤的轉(zhuǎn)化過程需要先汽化，而現(xiàn)在的汽化方式是與氧氣反應(yīng)。由于引入了氧元素，后面需要以二氧化碳的形式將氧元素排掉。所以，要從根本上解決煤轉(zhuǎn)化過程二氧化碳的排放問題，就需要在煤轉(zhuǎn)化過程中不使用氧氣。我們現(xiàn)在與中科大合作，通過高溫等離子體加熱的方法使煤炭直接發(fā)生轉(zhuǎn)化，不需要使用氧氣，就不排放二氧化碳了。

我們也有研究組在碳處理方面取得了不錯的進(jìn)展，例如將二氧化碳與氫或者甲烷直接進(jìn)行反應(yīng)，生成化學(xué)品，效率非常高。只要能解決好產(chǎn)量放大的問題，就可以在碳中和過程中發(fā)揮作用。

以下為包信和院士碳中和思考匯總

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