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“在我國，80%以上是吊車圖片的碳排放來自于能源使用，主要就是化石能源。因此，提及低碳發展，必然涉及到化石能源利用問題。大家也一直在問，未來實現碳中和目標了，以煤為代表是吊車圖片的化石能源出路在哪里？”在近日召開是吊車圖片的中國科學院學部第七屆學術年會上，中國科學院院士、中國科學技術大學校長包信和拋出問題。

在包信和看來，實現碳中和，意味著必須徹底顛覆以化石能源為主導的能源體系，構建以非化石能源為主體的新結構。對此，我國具備一定基礎。“當前，我國一年碳排放量約100億噸，每產生1萬元GDP排放1噸二氧化碳。而在上世紀90年代，1萬元GDP還對應約12噸碳排放，可見近年減碳的進展之快、變化之大。在此基礎上，我國進一步提出碳達峰、碳中和目標。‘十四五’規劃建議明確提出，支持有條件的地方率先達到碳排放峰值，制定2030年前碳達峰行動方案。相關研究顯示，到2060年實現碳中和，我國碳排放總量將在20億-30億噸。”

然而，減碳壓力不容小覷。包信和坦言，我國煤炭占一次能源消費的比重雖然持續下降，但即便到2030、2060年，依然要重視煤炭優化利用的問題。“理論上說，可以通過二氧化碳捕捉與封存技術進行處理，但這件事的成本非常大。現階段，處理1噸碳需要投入200-300美元。按照燒1噸煤排放2噸二氧化碳來算，噸煤處理費用至少在400美元，從經濟性看根本不可能實現。”

若想進一步實現二氧化碳利用，理論可行，但代價更高。包信和指出，其利用面臨著存在規模不對等、分子能量低等現實阻礙。“比如，我國需求量最高的大宗化學品乙烯，目前年產量在6000萬-7000萬噸。即便拿出1億噸二氧化碳來生產化學品，也只占到碳排放總量的百分之一，相比動輒百萬噸的體量微乎其微。由于二氧化碳分子能量低，必須先活化、再利用，通過加氫等工藝才能完成反應。而目前，氫能基本來自以煤為主的化石能源，注入的能量比釋放的能量還多，算起來也得不償失。”

基于上述情況，包信和提出，以煤為主的化石能源清潔低碳化是實現碳中和的路徑之一。究竟怎么用？“現階段，我國煤炭有兩種主流利用方式——大量作為能源，直接燃燒發電；少量作為原料，制備化學品。電力、鋼鐵、建材、化工行業用煤，占比分別約為57%、16%、10%和8%。在技術成熟、成本降低的前提下，利用風、光和核等可再生能源替代煤電，逐步降低煤在發電中的比例是必然趨勢。同時，我國對化學品的需求量非常大，其制備離不開‘碳’這一重要元素。我國很難像國外那樣完全依賴石油化工，短期內通過生物質和二氧化碳循環利用解決碳資源問題又不現實，煤炭則成為最現實、最可靠的選項。”

記者了解到，以煤為原料制備化學品，離不開碳、氫、氧三個元素的反應變換。也正因此，煤的結構及反應過程，決定其燃燒一定會產生二氧化碳，燃燒1噸煤大約排放3噸以上二氧化碳。煤化工項目往往又是用水大戶，煤氣化、合成及后續產品純化、分離等環節均離不開水。

“煤轉化是不是一定要耗水，一定排放大量二氧化碳？”包信和表示，石油化工是通過催化、蒸餾、裂解等方式，把大分子變成小分子，從而得到烯烴、芳烴等產品。其過程無需動用很多水，也不會過多排放二氧化碳，即可將油分子吃干榨盡。“從分子式結構來看，煤和油的差別并不大，二者區別主要在于反應過程。若能換一種方式實現煤轉化，將煤中的大分子像石油煉制一樣直接‘剪開’，也可以少用水、少排碳，就拿到我們需要的產品。”

實現這些構想，離不開更新、更先進的催化劑，同時還需摒棄“野蠻”的氧助氣化過程。包信和建議，通過高效催化劑及相關化學反應過程，在綠氫的幫助下，對煤炭分子進行“精準剪裁”。“也就是說，煤化工并不是一定要排放二氧化碳。”

此外，針對當前備受關注的氫能產業，包信和給予了充分肯定。“氫能利用效率高、無污染，還可與多種能源耦合，可以說是實現碳中和目標的關鍵。當今能源體系是由化石能源產生電力、液體燃料，再到達最終用戶。在未來能源構架中，氫能將與電力一起居于核心位置，為終端用戶供能。而最大問題在于，氫不是一次能源，需要通過轉化實現。在制備、儲存、供給、應用等體系中，制氫是重中之重。”

據包信和介紹，目前全球每年消耗氫氣5000萬噸左右，其中96%來自化石能源，很大一部分又是通過煤轉化，僅4%來自電解水，而且所用電能也非全部來自可再生能源。“煤制氫價格最便宜，但碳排放最強。從城市發電得到氫氣，目前成本每公斤為40-50元，價格最高。除了電價，多少度電產出1方氫也是決定其成本的關鍵。從原理看，只要是用碳作為能源和還原劑的地方，最終都能用氫替代，從而降低二氧化碳排放。”