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
收錄于合集#院士說12個
劉中民，男，1964年9月出生，于2015年當(dāng)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(xué)化學(xué)系，1990年在中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所獲博士學(xué)位。現(xiàn)任中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所所長、中國科學(xué)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(lǐng)域催化新過程研究與開發(fā)，完成多項創(chuàng)新成果并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，發(fā)表了研究論文300余篇，負責(zé)開發(fā)了甲醇制烯烴（DMTO）技術(shù)，并率先在世界上實現(xiàn)工業(yè)化，還牽頭開發(fā)了甲醇制乙醇（DMTE）技術(shù)，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(shè)奠定了基礎(chǔ)。
《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(jīng)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(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型、深度調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、加快構(gòu)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(guān)和推廣應(yīng)用等方面提出了具體要求。碳達峰、碳中和目標(biāo)將會給我國的經(jīng)濟社會發(fā)展帶來怎樣的挑戰(zhàn)？應(yīng)該如何穩(wěn)步走好能源低碳轉(zhuǎn)型之路？轉(zhuǎn)型過程又將帶動和促進哪些行業(yè)和領(lǐng)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(xué)院大連化學(xué)物理研究所所長劉中民，就上述問題對他進行了專訪。
實現(xiàn)碳中和需要構(gòu)建多能融合新型能源體系
《環(huán)境保護》：有專家認為，碳中和目標(biāo)會給我國的經(jīng)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(biāo)對我國能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級提出更高要求，需頂層超前謀劃，構(gòu)建多能融合新能源體系，保障新經(jīng)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(jīng)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(xiàn)碳中和目標(biāo)意味著要進行顛覆性的能源革命、科技革命和經(jīng)濟轉(zhuǎn)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(dǎo)的能源體系，轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑腔茉礊橹鲗?dǎo)的能源體系。我認為，規(guī)模性是實現(xiàn)碳中和目標(biāo)必須要考慮的問題。因為我國碳排放總量巨大，且從實現(xiàn)碳達峰到實現(xiàn)碳中和只有30年左右的時間，所以在極短時間內(nèi)實現(xiàn)如此巨大規(guī)模的碳減排任務(wù)艱巨。能源利用與工業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)，鋼鐵、水泥、化工等行業(yè)產(chǎn)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(chǎn)品需求影響，與經(jīng)濟發(fā)展速度和結(jié)構(gòu)聯(lián)動，技術(shù)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(shù)進步的減排空間小，減排成本高。實現(xiàn)碳中和目標(biāo)，各個領(lǐng)域不僅要突破諸多關(guān)鍵技術(shù)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(guān)鍵核心技術(shù)，這也正是構(gòu)建我國新能源體系與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重點方向和難點問題�？珙I(lǐng)域、系統(tǒng)化布局不僅有巨大的創(chuàng)新空間，還會產(chǎn)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(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈的安全和穩(wěn)定。
煤化工彌補石油不足造成的結(jié)構(gòu)性缺陷
《環(huán)境保護》：請問在“碳中和”的大背景下，我國化工領(lǐng)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(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與能源轉(zhuǎn)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(nèi)在能源生產(chǎn)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(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈的穩(wěn)定，還要彌補我國石油不足所造成的結(jié)構(gòu)性缺陷。煤化工在以技術(shù)創(chuàng)新促進自身實現(xiàn)清潔化、低碳化轉(zhuǎn)型的同時，還能夠促進相關(guān)高能耗工業(yè)轉(zhuǎn)型升級。現(xiàn)代煤化工是以煤為主要原料，能夠生產(chǎn)多種清潔燃料和基礎(chǔ)化工原料的煤炭加工轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)。經(jīng)過20余年的發(fā)展，我國現(xiàn)代煤化工行業(yè)整體技術(shù)位于世界領(lǐng)先水平，一批標(biāo)志性的新技術(shù)在我國已首次實現(xiàn)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(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和地方經(jīng)濟發(fā)展具有重要作用。我國現(xiàn)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(guān)鍵工藝和工程體系，大型氣化爐等關(guān)鍵裝備已經(jīng)全部實現(xiàn)國產(chǎn)化，技術(shù)裝備水平也已總體達到國際領(lǐng)先水平。在我國碳達峰、碳中和目標(biāo)及能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的背景下，煤化工產(chǎn)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(shù)、煤炭/合成氣直接轉(zhuǎn)化制燃料與化學(xué)品技術(shù)等，將綠色理念貫穿于整個生產(chǎn)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(chǎn)成本。煤化工作為保證國家能源安全和產(chǎn)業(yè)鏈完整的支柱型產(chǎn)業(yè)，應(yīng)該得到更多關(guān)注。煤化工的基本任務(wù)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(chǎn)品供應(yīng)的不足，更要實現(xiàn)二者的協(xié)調(diào)發(fā)展，促進相關(guān)產(chǎn)業(yè)進步，由此形成更加合理的工業(yè)結(jié)構(gòu)。同時，我特別要強調(diào)，僅僅依靠煤化工行業(yè)自身的技術(shù)進步和效率提升實現(xiàn)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(lǐng)域限制，將現(xiàn)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(xiàn)代煤化工低碳清潔發(fā)展問題。
煤炭正從能源向能源和原料并重的角色轉(zhuǎn)變
《環(huán)境保護》：據(jù)了解，煤炭可以通過煤化工技術(shù)生產(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)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(yīng)安全風(fēng)險；可再生能源產(chǎn)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(jīng)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(jīng)過加工轉(zhuǎn)化為化學(xué)產(chǎn)品。與煤燃燒相比，原料化利用的碳元素更多地留在了產(chǎn)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(zhuǎn)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(chǔ)的物質(zhì)系統(tǒng)，隨著社會不斷發(fā)展，人們對有機化學(xué)產(chǎn)品及材料的需求仍將繼續(xù)增加。
當(dāng)前，煤炭的原料利用是推動供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要舉措，也是實現(xiàn)石化產(chǎn)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(xiàn)代煤化工以煤熱解、氣化為基礎(chǔ)，以一碳化學(xué)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(chǎn)品主要有合成油、天然氣、烯烴、乙醇、乙二醇、芳烴、精細化學(xué)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(xiàn)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(xiàn)我國能源化學(xué)品生產(chǎn)的多元化，提高我國應(yīng)對國際原油價格波動的能力，同時也可彌補現(xiàn)有石油加工與石油化工行業(yè)的結(jié)構(gòu)性缺陷，促進工業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級，特別是在緊急情況下還可以成為保障油氣供應(yīng)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(jié)構(gòu)調(diào)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(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等新能源大規(guī)模應(yīng)用和化石能源清潔低碳發(fā)展問題。當(dāng)下我國正處于新舊能源交替的關(guān)鍵時期。以風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)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(yīng)的巨大潛力。習(xí)近平主席在氣候雄心峰會上提出了到2030年，風(fēng)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(biāo)。目前，新能源（如風(fēng)能、太陽能等）普遍存在能量密度低及低負荷運轉(zhuǎn)時穩(wěn)定性差等問題，難以自成體系或通過自身技術(shù)進步提供穩(wěn)定的能源供應(yīng)。鑒于此，建議要從國家層面協(xié)同解決新能源大規(guī)模應(yīng)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(chǎn)業(yè)發(fā)展的支持力度，營造有利于儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的電力市場機制，明確儲能應(yīng)用的市場準(zhǔn)入條件和主體地位，同時借助人工智能驅(qū)動大電網(wǎng)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(fēng)能等更便于儲備、運輸，是“能源互聯(lián)網(wǎng)”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(shù)實現(xiàn)零碳排放制取“綠氫”，利用氫的能量和物質(zhì)雙重屬性，構(gòu)建“綠氫”與煤化工耦合、“綠氫”與CO2催化轉(zhuǎn)化制取油品和大宗化學(xué)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(guān)鍵技術(shù)，推進跨能源系統(tǒng)、跨產(chǎn)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(fēng)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(shù)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(shù)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(guān)的先進技術(shù)成果在高碳排放地區(qū)的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)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(chǎn)生系統(tǒng)性變革的重點領(lǐng)域《環(huán)境保護》：我國的減碳事業(yè)可能會帶動哪些領(lǐng)域的發(fā)展和行業(yè)創(chuàng)新？請談?wù)勀目捶ā?/span>劉中民：在減碳大形勢下，能夠?qū)崿F(xiàn)高碳行業(yè)綠色低碳循環(huán)發(fā)展的可行性手段和技術(shù)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(chǎn)生行業(yè)創(chuàng)新與系統(tǒng)性變革的重點領(lǐng)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(jīng)濟結(jié)構(gòu)變革。全球能源發(fā)展正處于從高碳到低碳再到無碳的關(guān)鍵過渡期。我國的能源革命已經(jīng)拉開了序幕，碳達峰、碳中和目標(biāo)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(diào)峰需求，降低電煤消費。在煤炭轉(zhuǎn)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(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程的零碳化、負碳化。在產(chǎn)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(chǎn)品，推進煤化工與石油化工融合。我國已積極進行相關(guān)領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)與攻關(guān)部署。中科院針對煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化利用完成了“低階煤清潔高效梯級利用關(guān)鍵技術(shù)與示范”先導(dǎo)專項，同時還圍繞國家潔凈能源體系構(gòu)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(guān)鍵技術(shù)與示范”先導(dǎo)專項，實現(xiàn)了一些碳達峰、碳中和目標(biāo)和多能融合共性支撐技術(shù)的創(chuàng)新。例如，氫能及儲能技術(shù)、先進安全核能技術(shù)、CO2捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)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(chǎn)“綠色”氫能，并將CO2加氫轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化制烯烴技術(shù)工業(yè)中試裝置投料一次成功，快速實現(xiàn)成果從科學(xué)論文走進工廠，引領(lǐng)了高效、節(jié)水煤化工的發(fā)展方向。該技術(shù)被列為國家能源技術(shù)短板清單任務(wù)。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(chǔ)的能源生產(chǎn)與工業(yè)結(jié)構(gòu)將向綠色低碳的方向快速轉(zhuǎn)變，既是挑戰(zhàn)也是機遇。國家已經(jīng)作出了全面部署和安排，近期一些與雙碳工作相關(guān)的規(guī)劃也陸續(xù)出臺，這些規(guī)劃的一個共同點是強調(diào)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(lǐng)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(chǎn)業(yè)。
文/本刊記者 郭媛媛 于寶源
