“雙碳”形勢(shì)下煤炭工業(yè)未來(lái)發(fā)展的思考

阮立軍

(中國(guó)煤炭加工利用協(xié)會(huì)，北京 100013)

自“雙碳”目標(biāo)提出以后，大量發(fā)展新能源和減少煤炭消費(fèi)量成為熱點(diǎn)話題，但隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，能源總體消費(fèi)也必然增長(zhǎng)，中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議提出，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和是推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求，要立足以煤為主的基本國(guó)情，抓好煤炭清潔高效利用。因此，煤炭工業(yè)既任重道遠(yuǎn)，又挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存。

1 碳達(dá)峰目標(biāo)下煤炭消費(fèi)量的預(yù)計(jì)

按照碳達(dá)峰目標(biāo)：到2030年，我國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右，森林蓄積量將比2005年增加60 億m3，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12 億kW以上。據(jù)此要求，在非化石能源占比25%的情況下，設(shè)置不同一次能源消費(fèi)總量，可得出不同的煤炭消費(fèi)量，如表1所示。

由表1中的數(shù)據(jù)可以看出，2030年煤炭消費(fèi)總量變化不會(huì)很大，不應(yīng)該有數(shù)量級(jí)的下降。

1 決定煤炭行業(yè)未來(lái)的是技術(shù)進(jìn)步發(fā)展

物質(zhì)決定意識(shí)，客觀決定主觀。目前主要實(shí)施的包括煤控、嚴(yán)格環(huán)保，乃至“雙碳”目標(biāo)，其實(shí)都是主觀決策因素，其實(shí)施的結(jié)果必然有賴和受制于客觀現(xiàn)實(shí)因素。在沒有大量、清潔、低廉新能源的情況下，煤炭和煤炭工業(yè)不僅不會(huì)消亡，甚至還很難被大量替代。

決定煤炭工業(yè)存在、發(fā)展以致消亡的并不是政策類的主觀因素，而是客觀因素的技術(shù)進(jìn)步。人類經(jīng)濟(jì)與工業(yè)的發(fā)展其實(shí)就是新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)、舊技術(shù)舊產(chǎn)業(yè)消亡的過程。

替代煤炭的任何能源都必須具備量大、便宜、環(huán)保等基本條件。目前我國(guó)每年煤炭的消費(fèi)量在40 億t左右，熱值比價(jià)相對(duì)很低，通過超低排放治理已相當(dāng)清潔。

表1 2030年煤炭消費(fèi)量預(yù)計(jì)

而其它能源形式，都各有自身的問題與局限。國(guó)內(nèi)水電已接近天花板，除青藏高原及雅魯藏布江流域外，其它流域的潛能已開發(fā)殆盡，基本沒有發(fā)展空間。風(fēng)能和太陽(yáng)能受風(fēng)場(chǎng)和地域所限，也并非有無(wú)限產(chǎn)量，同時(shí)由于輸出電力的不穩(wěn)定性，受并網(wǎng)技術(shù)約束，難以隨時(shí)大規(guī)模入網(wǎng)。而從全生命周期看，其也很難稱為完全清潔和環(huán)保，很快即將面臨的廢棄設(shè)備若無(wú)妥善處理問題，幾可造成巨大環(huán)境影響。目前的核裂變發(fā)電，受鈾原料和選址所限，總量和規(guī)模都不可能成為主流。

因此，目前相對(duì)成熟、有可能替代煤炭的非化石能源，受技術(shù)和條件的制約，很難在總量、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等方面同時(shí)滿足，短期內(nèi)替代性并不大。長(zhǎng)期來(lái)看，除非有技術(shù)上的顛覆性突破，否則很難徹底和完全替代煤炭。

2 真正能完全替代煤炭的是可控核聚變

目前煤炭的兩大主要用途是燃料和原料，在電力行業(yè)就是把熱能轉(zhuǎn)化成電能，在冶金行業(yè)主要是作熱源、還原劑、骨架支撐作用，在煤化工行業(yè)主要是通過氣化轉(zhuǎn)化為碳和氫再進(jìn)行后續(xù)化學(xué)反應(yīng)，其它工業(yè)與民用主要就是鍋爐和取暖。

當(dāng)可控核聚變產(chǎn)業(yè)化之后，由于海水中存在大量的原料氘和氚，其供應(yīng)量足夠巨大，成本也將足夠低廉，還沒有廢料產(chǎn)生，足夠環(huán)保。這樣核聚變發(fā)電將完全取代煤電，動(dòng)力煤將不再需要。低廉的電力使得電解水制氫完全產(chǎn)業(yè)化，電解水制氫同時(shí)還得到氧，這樣不僅使煤化工中的氫不再需要從煤中獲取，還節(jié)省了巨大的空分投資；而地表上的碳很多，也不必再使用高成本的煤來(lái)獲取碳。冶金行業(yè)也將使用廉價(jià)的氫作為還原劑，而焦炭的熱源和支持作用很容易被其它技術(shù)替代，焦煤也將不再需要。至于鍋爐和取暖則完全可以使用便宜和清潔的電。

當(dāng)然，煤炭作為一種包含數(shù)百種成分的礦產(chǎn)品，其某些特殊的成分和組分還會(huì)有其應(yīng)用，但消費(fèi)量不會(huì)很大。也就是說，煤炭除了在個(gè)別領(lǐng)域還能有少量市場(chǎng)外，原來(lái)作為主要工業(yè)產(chǎn)業(yè)之一，很有可能將不復(fù)存在。

3 煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型絕非易事

煤炭行業(yè)目前最大的優(yōu)勢(shì)，也是未來(lái)最大的劣勢(shì)，就是煤炭作為產(chǎn)品過于單一，且產(chǎn)量實(shí)在巨大，其銷售收入更是占絕對(duì)大數(shù)。

從煤炭全產(chǎn)業(yè)鏈(圖1)可見，雖然看似煤炭可衍生的產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)很多，但由于煤炭本身生產(chǎn)量巨大，其它產(chǎn)品無(wú)論是一種還是多種都難以替補(bǔ)其銷售收入和利潤(rùn)。

煤炭企業(yè)和工業(yè)能否重生，本質(zhì)是能否找到新的產(chǎn)品出路和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，其前提是減少或完全不依賴于煤炭。

4 擴(kuò)展煤炭原料化利用并不容易

煤炭除了作為燃料，其原料化應(yīng)用目前主要就是煤化工和分質(zhì)利用，但尚有很多技術(shù)和市場(chǎng)的問題需要從根本上解決。

煤化工，特別是現(xiàn)代煤化工，就是利用我國(guó)富煤的資源優(yōu)勢(shì)，減少油氣對(duì)外依存度，在保障國(guó)家能源安全的同時(shí)，拓展煤炭應(yīng)用領(lǐng)域。其當(dāng)初發(fā)展的出發(fā)點(diǎn)并無(wú)問題，但當(dāng)前產(chǎn)業(yè)發(fā)展卻遲滯不前，最大的問題和挑戰(zhàn)就是經(jīng)濟(jì)性與碳排放。

目前已建成項(xiàng)目除制烯烴外，幾乎都缺乏經(jīng)濟(jì)效益。表面上看這是由于國(guó)際油價(jià)低迷，而國(guó)內(nèi)煤價(jià)高企，但本質(zhì)的問題是其工藝路線和技術(shù)特性決定的。一是先要將煤通過氣化工藝轉(zhuǎn)變成為一氧化碳和氫氣，其氣化設(shè)備投資大、能耗高；二是由于煤中的碳?xì)浔忍停ㄟ^變換工藝增加氫，其不僅要增加投資和能耗，還要產(chǎn)生大量的二氧化碳；三是后續(xù)還要經(jīng)過一系列復(fù)雜的化合反應(yīng)，需要大投資的設(shè)備、高能耗、催化劑等；除此之外，其三廢處理也成本高昂。這樣相對(duì)于石化產(chǎn)品，現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目整體投資過大，投資回報(bào)周期過長(zhǎng)，運(yùn)行成本過高，使得產(chǎn)品與國(guó)內(nèi)外的石化產(chǎn)品相比沒有競(jìng)爭(zhēng)力。

圖1 煤炭全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽?/p>

現(xiàn)代煤化工作為新興產(chǎn)業(yè)，還未成熟產(chǎn)業(yè)化，又面臨“雙碳”的壓力，發(fā)展困難。但作為產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)，只能靠市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)立身，而不能寄希望于國(guó)家政策的扶持。

煤化工產(chǎn)業(yè)要想生存乃至發(fā)展，必須在技術(shù)上進(jìn)行大的突破：一是利用綠電制氫和氧，這樣可省去變換與空分成本；二是利用CO2替代CO作為原料進(jìn)行生產(chǎn)，省去碳中和的成本；三是開發(fā)類似直接液化的“一步法”工藝用于制氣、制烯烴、制乙二醇等，省去氣化、變換、合成等的成本。

而煤炭的分質(zhì)利用目前也存在諸多問題。技術(shù)上一是單系列百萬(wàn)噸級(jí)技術(shù)尚未突破；二是油氣粉塵難以有效分離；三是廢水成分非常復(fù)雜，很難處理。而最大的問題是半焦的銷路，以蘭炭為代表的產(chǎn)業(yè)，早已供大于求；而在清潔取暖、發(fā)電、氣化等方面的所謂拓展應(yīng)用，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都有局限。如果半焦沒有新的更廣闊的市場(chǎng)領(lǐng)域，即使將來(lái)所有的技術(shù)問題都能解決，經(jīng)濟(jì)性也難以保證，產(chǎn)業(yè)的發(fā)展更難升越。

任何產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一定都是依賴技術(shù)的進(jìn)步，但技術(shù)進(jìn)步需要大量投入和時(shí)間。在碳達(dá)峰與碳中和明確的目標(biāo)和時(shí)間表下，再進(jìn)行如此大規(guī)模的基礎(chǔ)研發(fā)與示范實(shí)施，是否還來(lái)得及，行業(yè)內(nèi)外是否還有積極性值得人們深思。

5 結(jié) 語(yǔ)

抓住過度階段。目前可控核聚變尚處于實(shí)驗(yàn)階段，從海水中提取氘和氚的研究似乎還未開始，因此留給煤炭工業(yè)轉(zhuǎn)型和過渡的時(shí)間應(yīng)該還是足夠的。而碳中和是把排放的碳通過各種方法中和，而不是必須碳減少或零排放。

5.1 基于煤炭自身的多用途發(fā)展

自古以來(lái)煤炭就作為燃料，因此，行業(yè)內(nèi)外都忽視了其中更多成分的開發(fā)與利用，更沒有未雨綢繆的憂患意識(shí)。特別是用于煤電的比例過大，而煤炭行業(yè)以往也是理所當(dāng)然地依賴于此。煤炭作為一種多成分的礦物質(zhì)，煤炭工業(yè)應(yīng)立即開始充分挖掘其中和其它成分的潛在價(jià)值，爭(zhēng)取開發(fā)出更多的應(yīng)用領(lǐng)域，總體提高產(chǎn)品的附加值。

5.2 基于能源產(chǎn)品的多元化發(fā)展

煤炭工業(yè)作為當(dāng)前能源工業(yè)重要的組成，其轉(zhuǎn)型自然先在熟悉的領(lǐng)域找機(jī)會(huì)，可耦合新能源和其它能源相關(guān)產(chǎn)業(yè)，將基于煤炭為主體的多元化能源企業(yè)作為愿景。

5.3 基于企業(yè)特點(diǎn)的多方向發(fā)展

由于各煤炭企業(yè)所處地區(qū)、自身歷史、人員技術(shù)等情況各不相同，就長(zhǎng)遠(yuǎn)而言全行業(yè)很難統(tǒng)一規(guī)劃。但目前所及尚不能看到可以完全替代煤炭的盈利產(chǎn)品，所以多元化、多產(chǎn)業(yè)、多領(lǐng)域發(fā)展是必然之路。