對(duì)清潔能源創(chuàng)新的思考

在非化石能源難以取得能源消費(fèi)占比優(yōu)勢(shì)之前，煤炭的清潔利用依然是能源可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

11月13日亞太經(jīng)合組織領(lǐng)導(dǎo)人非正式會(huì)議期間，國(guó)家主席習(xí)近平與美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬發(fā)布《中美氣候變化聯(lián)合聲明》。聲明顯示，中國(guó)計(jì)劃在2030年左右二氧化碳排放達(dá)到峰值，并計(jì)劃到2030年非化石能源占一次能源消費(fèi)比重提高到20%左右；美國(guó)計(jì)劃在2020年之后把二氧化碳減排速度提高一倍，到2025年實(shí)現(xiàn)在2005年基礎(chǔ)上減排26%-28%；中美兩國(guó)希望，現(xiàn)在宣布上述目標(biāo)能夠?yàn)?015年在巴黎舉行的全球氣候談判注入動(dòng)力，并帶動(dòng)其他國(guó)家也一道盡快并最好是2015年第一季度提出有力度的行動(dòng)目標(biāo)。

聲明還稱，雙方計(jì)劃繼續(xù)加強(qiáng)在先進(jìn)煤炭技術(shù)、核能、頁(yè)巖氣和可再生能源方面的合作，這將有助于兩國(guó)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)并減少包括產(chǎn)生自煤炭的排放。 其中，中國(guó)計(jì)劃到2030年非化石能源占一次能源消費(fèi)比重提高到20%左右。

為了進(jìn)一步落實(shí)聯(lián)合聲明，中美雙方繼續(xù)將在新能源研究和發(fā)展、碳捕捉和封存、HFCs、智能與低碳城市、綠色科技交易以及清潔能源示范項(xiàng)目共6個(gè)方面加強(qiáng)合作。

非化石能源路慢慢

《中美氣候變化聯(lián)合聲明》的確是具有劃時(shí)代的意義，若能真正落實(shí)，將惠及全球。

在國(guó)內(nèi)“十三五”能源規(guī)劃初稿中曾提出，中國(guó)風(fēng)電的發(fā)展目標(biāo)為2億千瓦，水電3.5億千瓦，光伏1億千瓦。可見(jiàn)，風(fēng)、光的發(fā)展目標(biāo)加速，水電也向縱深腹地河流發(fā)展。雖然核電因技術(shù)限制對(duì)裝機(jī)目標(biāo)有所影響，但總體依然被寄予厚望。

根據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，2013年非化石能源消費(fèi)占一次能源消費(fèi)比重由2012年的9.1%提高到9.8%。這意味著未來(lái)6年，非化石能源消費(fèi)占比在既有消費(fèi)總量中將提升5.2個(gè)百分點(diǎn)，到2030年達(dá)到20%的確是任重且道遠(yuǎn)。

根據(jù)我國(guó)各發(fā)電類型成本對(duì)比情況看（見(jiàn)下表），帶脫硫的火力發(fā)電依舊成本最低，即使在增加除塵等裝置投入后，其成本也不應(yīng)超過(guò)核電成本。所以，從企業(yè)運(yùn)營(yíng)安全與成本的角考量，將非石化能源占比增加到20%的內(nèi)動(dòng)力還顯不足。

若用行政手段強(qiáng)行推動(dòng)實(shí)施上述減排目標(biāo)，必定會(huì)墊高居民生活費(fèi)用支出和用電企業(yè)的生產(chǎn)成本，從而降低居民生活品質(zhì)和企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，因此，如何降低水電、風(fēng)電、核電和光伏發(fā)電的成本，使其更具競(jìng)爭(zhēng)力應(yīng)是非化石能源著重研究和需要?jiǎng)?chuàng)新的落腳點(diǎn)。

推動(dòng)煤炭清潔利用

現(xiàn)階段煤炭在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的地位難以撼動(dòng)，煤炭清潔高效利用是解決我國(guó)能源和環(huán)境雙安全的核心問(wèn)題，以深加工及轉(zhuǎn)化利用為依托的煤炭高效、潔凈、經(jīng)濟(jì)利用已成為能源可持續(xù)發(fā)展的路徑之一。

盡管基于煤的氣化（CTG）與合成氣費(fèi)托合成的“煤制油”（煤間接液化，CTL）技術(shù)存在有眾多問(wèn)題，如能源轉(zhuǎn)化效率相對(duì)較低（0.41），是CTL大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的一個(gè)障礙。據(jù)測(cè)算，每制成2桶CTL柴油（約250kg）需消耗1噸煤。其次是，耗水量大。每制成1噸CTL柴油，需消耗5至7噸水。再加上CTL全生命周期CO2排放量過(guò)高。比起常規(guī)化石柴油，其CO2排放量要高出160%至190%。如果只計(jì)算生產(chǎn)過(guò)程的CO2排放，則CTL要比常規(guī)化石燃油高出20倍。因此，它不符合美國(guó)2007年頒布的《能源獨(dú)立和安全法》的相關(guān)規(guī)定，從而被美國(guó)放棄。但這類技術(shù)對(duì)減少粉塵排放等方面似乎還有那么一點(diǎn)些許的有意幫助，因此，在非石化能源不處于更經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)時(shí)，這類清潔煤技術(shù)也只能是在最差選項(xiàng)中可選擇的相對(duì)較好的一項(xiàng)。

其實(shí)，CTL與CTG技術(shù)是德國(guó)化學(xué)家F·費(fèi)歇爾和H·托羅普施在1923年開(kāi)發(fā)出的合成技術(shù)，故稱費(fèi)托合成。是在第二次世界大戰(zhàn)期間被大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)使用，也正因該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)施拖延了納粹覆滅進(jìn)程。但今天，為了環(huán)境安全，甚至是能源安全，費(fèi)托合成技術(shù)再次煥發(fā)著青春。

通常，費(fèi)托合成工藝流程主要包括煤氣化、氣體凈化、費(fèi)托合成和產(chǎn)品精制改質(zhì)等過(guò)程。合成氣中的氫氣與一氧化碳的摩爾比要求在2-2.5。反應(yīng)器采用固定床或流化床兩種形式。前者以生產(chǎn)柴油為主，而后者以生產(chǎn)汽油為主。但為了改變上述不經(jīng)濟(jì)狀況，各國(guó)科學(xué)家始終不懈地進(jìn)行著探索。

在CTG技術(shù)上，德國(guó)延續(xù)了其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，繼續(xù)走在全球的前列。其中，HTW（高溫溫克勒）氣化工藝技術(shù)就是以低價(jià)劣質(zhì)煤為原料的氣化工藝。它既可避免直接燃燒對(duì)大氣造成的污染，也可通過(guò)使用價(jià)格低廉的三高劣質(zhì)煤作為原料，大幅降低生產(chǎn)成本。在節(jié)水上，該工藝的總耗水量?jī)H為每噸煤350KG，是傳統(tǒng)固定床氣化技術(shù)耗水量的1/18。廢水排量小，僅是其他工藝的1/10，且廢水水質(zhì)中焦油、苯酚、甲酸化合物、萘等成分接近于零。且裝置造價(jià)比同等產(chǎn)能裝置費(fèi)用降低約10-20%，再加上后期廢水處理的裝置投資僅為一般固定床氣化技術(shù)的1/10左右，進(jìn)而成為最具競(jìng)爭(zhēng)力的倚重煤炭氣化的工藝之一。

在CTL技術(shù)上，中國(guó)的科學(xué)家也擁有了一席之地。日前，中國(guó)科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)了在水介質(zhì)中進(jìn)行費(fèi)托合成，比現(xiàn)有的費(fèi)托合成過(guò)程更清潔、更高效。由于碳?xì)洚a(chǎn)物不溶于水，反應(yīng)后生成的油體會(huì)與水體分相，使得到的燃料油不會(huì)被催化劑所污染，對(duì)環(huán)境更加友好。

同時(shí)，在非貴金屬催化，能源催化和仿生催化等方面也有了重大的突破，其中，在磁性納米材料的控制合成及其能源轉(zhuǎn)化技術(shù)上也取得了突破。2014年9月，在絕對(duì)平和的前提下（623 K， 0.1 MPa），液相制備出了形貌可控的Fe5C2納米顆粒。將此類納米顆粒當(dāng)成催化劑運(yùn)用于費(fèi)托合成，在較低溫度表現(xiàn)出了對(duì)一氧化碳活化的本征催化活性，其活性的呈現(xiàn)遠(yuǎn)早于對(duì)比組的傳統(tǒng)Fe基催化劑。這一成果使鐵基費(fèi)托合成納米級(jí)催化劑因其價(jià)格低廉、烯烴抉擇性高級(jí)，初始費(fèi)托反應(yīng)活性也兩倍于傳統(tǒng)Fe基催化劑，因此倍受關(guān)注，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值得到進(jìn)一步提升，后續(xù)商業(yè)化過(guò)程值得期待。

沒(méi)有環(huán)保技術(shù)突破的煤化工只會(huì)與減排背離，沒(méi)有科技創(chuàng)新的溫室氣體減排只能是口頭減排，沒(méi)有資金扶持的技術(shù)創(chuàng)新也只會(huì)蝸居實(shí)驗(yàn)室。因此，即使創(chuàng)新努力還是超不過(guò)帶脫硫除塵火電的成本優(yōu)勢(shì)，但為了中國(guó)的創(chuàng)造，也有必要建立財(cái)政專項(xiàng)信托投資基金，使中國(guó)創(chuàng)造夢(mèng)能有機(jī)會(huì)起飛。