方德巍

(國(guó)家化工生產(chǎn)力促進(jìn)中心,北京市朝陽(yáng)區(qū),100011)

碳是一切物質(zhì)的基礎(chǔ)。無(wú)論是天然物質(zhì)或是人造有機(jī)物質(zhì)都來(lái)源于“碳”(因氫可由一氧化碳與水經(jīng)變換而產(chǎn)生,所以歸根結(jié)底仍是源于碳)。但是“碳”完全燃燒必然產(chǎn)生二氧化碳,過(guò)多排放將產(chǎn)生溫室效應(yīng),導(dǎo)致影響世界環(huán)境變暖。如果本著循環(huán)經(jīng)濟(jì)”理念,體現(xiàn)物盡其用、變廢為利、化廢為寶的原則,二氧化碳又是資源,特別是未來(lái)世界的寶貴資源。離開(kāi)了二氧化碳,地球必成“死球”,即成為無(wú)生命和無(wú)有機(jī)物存在的環(huán)境,二氧化碳應(yīng)是生命及物質(zhì)之本。也就是說(shuō)“碳”在物質(zhì)世界中具有“兩重性”。一方面,如果控制碳平衡,有效地使用二氧化碳就可造福人類及世界事業(yè);另一方面,如果無(wú)政府狀態(tài)地使用化石能源,特別是過(guò)去的世界“唯石油主義”者為追逐高額利潤(rùn),不加控制過(guò)度地使用石油而破壞環(huán)境,過(guò)量排碳,產(chǎn)生當(dāng)今世界的地球溫室效應(yīng),就破壞了環(huán)境生態(tài)。因此要有控制、平衡地排放二氧化碳,保護(hù)地球的生態(tài)環(huán)境。

所以從總體上來(lái)看,廣義的低碳經(jīng)濟(jì)包括每個(gè)地球人的衣、食、住、行等節(jié)能減排的行為規(guī)范,以及培養(yǎng)良好的“低碳”生活習(xí)慣等。本文涉及的重點(diǎn)主要關(guān)系到能源化工領(lǐng)域“低碳經(jīng)濟(jì)”的范疇。

1 平衡可控地排碳

目前,世界各國(guó)對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用還存在技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的極大困難。權(quán)威專家們預(yù)測(cè)在今后50年,化石燃料仍將是世界的主要能源,所以,如果不進(jìn)行有效控制,全世界二氧化碳的排放量還將急劇上升,見(jiàn)表1。

百余年來(lái),世界各發(fā)達(dá)國(guó)家在工業(yè)化過(guò)程中已經(jīng)排放了大量二氧化碳,導(dǎo)致今天地球因溫室效應(yīng)帶來(lái)的惡果和災(zāi)難卻讓全世界的人們“共享”?！熬┒甲h定書”是一個(gè)動(dòng)員世界各國(guó)共同行動(dòng)起來(lái),限制工業(yè)排放二氧化碳及其他溫室氣體的排放量,遏制全球氣候變暖,為治理過(guò)度排放二氧化碳等溫室氣體,而讓人類為保護(hù)生存環(huán)境而共同努力的共同約定。在二氧化碳排放量急劇上升對(duì)地球造成不容忽視的環(huán)境影響的今天,二氧化碳的減排、回收、利用和封存,以及相關(guān)的資源再生問(wèn)題將是全球面臨的共同課題。

表1 全球化石燃料需求量及其燃燒后二氧化碳排放量的預(yù)測(cè)108t

中國(guó)是一個(gè)負(fù)責(zé)任的發(fā)展中大國(guó),自主地承擔(dān)了面向世界的節(jié)能減排的戰(zhàn)略任務(wù)。對(duì)于二氧化碳減排,首先應(yīng)由發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)過(guò)去過(guò)度使用化石能源所產(chǎn)生的影響負(fù)責(zé)。中國(guó)與世界上的發(fā)展中國(guó)家面臨發(fā)展的現(xiàn)實(shí)任務(wù),使用化石能源是合理的,絕不能與發(fā)達(dá)國(guó)家一視同仁地共同承擔(dān)義務(wù)。但中國(guó)使用自身賦存能源資源,應(yīng)本著高效的使用原則,使用以煤為主的化石能源也應(yīng)本著高效率、高產(chǎn)出、減排放的理念;實(shí)施能源資源利用,要遵循物盡其用、化廢為利、變廢為寶的循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念。同時(shí),應(yīng)把節(jié)能減排永遠(yuǎn)作為戰(zhàn)略原則來(lái)貫徹,在科學(xué)合理地使用化石能源方面提倡10倍級(jí)高效使用,這樣才能充分體現(xiàn)資源是生產(chǎn)力的重大世界原則。按科學(xué)發(fā)展原則,人類應(yīng)考慮推行“世界人口與平衡合理可控排碳的新理念”,大力提倡世界綠化和增加植被偉大工程,各負(fù)其責(zé)實(shí)現(xiàn)低碳可持續(xù)的發(fā)展。

2 科學(xué)實(shí)施二氧化碳的可控、利用及封存,并研發(fā)相關(guān)技術(shù)

本著構(gòu)建資源節(jié)約、環(huán)境友好型社會(huì)主義和諧社會(huì)的宗旨,要科學(xué)實(shí)施二氧化碳可控、利用和封存,并研發(fā)其相關(guān)技術(shù),從科學(xué)發(fā)展觀理念考慮,產(chǎn)業(yè)的發(fā)展特別是能源化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,只能本著物質(zhì)及能量守恒的兩大基本原理不斷地實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新式發(fā)展。結(jié)合我國(guó)國(guó)情,中國(guó)煤基能源化工只能實(shí)施低碳經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略,走低碳技術(shù)的路線。改革開(kāi)放30年來(lái)在中央三代領(lǐng)導(dǎo)集體的正確領(lǐng)導(dǎo)下,中國(guó)的化工系統(tǒng)已經(jīng)在低碳技術(shù)路線上實(shí)踐創(chuàng)新了以煤基多聯(lián)產(chǎn)為主體的低碳技術(shù),從20世紀(jì)80年代初至今已發(fā)展了3代產(chǎn)業(yè)化技術(shù),不僅填補(bǔ)了國(guó)際低碳技術(shù)領(lǐng)域的空白,還領(lǐng)先和創(chuàng)新了世界能源化工領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化工程技術(shù),為完成我國(guó)的節(jié)能減排戰(zhàn)略做出了貢獻(xiàn)。

另一方面,從戰(zhàn)略發(fā)展的更高層面考慮,從科學(xué)發(fā)展的客觀規(guī)律來(lái)認(rèn)識(shí),要在我國(guó)發(fā)展煤基能源化工必須從充分體現(xiàn)二氧化碳在物質(zhì)世界中“兩重性”的積極意義上來(lái)考慮,建議我國(guó)應(yīng)充分重視二氧化碳可控、利用和封存技術(shù)的研發(fā)和實(shí)施產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題。這將是后石油時(shí)代或過(guò)渡能源時(shí)代徹底解決全球變暖問(wèn)題的重大舉措。中國(guó)在世界摒棄煤化工發(fā)展40年的關(guān)鍵時(shí)段,深入創(chuàng)新了煤化工的發(fā)展,并在實(shí)踐中錘煉了新的人才隊(duì)伍,煤基多聯(lián)產(chǎn)體系的高新技術(shù)等自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)已具備世界影響力,破解了許多世界性難題。這是因?yàn)?我們對(duì)二氧化碳的減量化、再利用及資源化的意義認(rèn)識(shí)得比世界上任何一個(gè)國(guó)家和地區(qū)都更加深刻。

3 創(chuàng)新發(fā)展“低碳高技術(shù)”,實(shí)施低碳經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略

1996年諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者喬治A·奧拉(GeorgA·Olah)教授在2005年底出版了他的名著“跨越油氣時(shí)代的甲醇經(jīng)濟(jì)”一書。這是繼20世紀(jì)70年代兩次石油危機(jī)以來(lái),符合世界科學(xué)發(fā)展客觀規(guī)律并指導(dǎo)世界健康可持續(xù)發(fā)展的巨著。經(jīng)過(guò)有識(shí)之士的大力推薦,我國(guó)工程院29位院士向國(guó)家提出了與該書類似的低碳經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn),并得到國(guó)家高度重視。胡錦濤主席在“十七大”報(bào)告中指出:“要加快建設(shè)科學(xué)合理的能源利用體系,全面提高能源、資源利用率”,并多次提出關(guān)于實(shí)施低碳經(jīng)濟(jì)的英明論斷,充分說(shuō)明我國(guó)當(dāng)代國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人高瞻遠(yuǎn)矚、統(tǒng)覽全局的科學(xué)世界觀。以此觀點(diǎn)出發(fā),既要按照具有中國(guó)特色的“節(jié)約優(yōu)先、立足中國(guó)、煤為基礎(chǔ)、多元發(fā)展”的能源戰(zhàn)略指導(dǎo)創(chuàng)新和發(fā)展,又要符合科學(xué)發(fā)展的客觀規(guī)律,走“低碳經(jīng)濟(jì)”的可持續(xù)發(fā)展之科學(xué)健康之路。并且,筆者認(rèn)為,也只有中國(guó)具備認(rèn)識(shí)領(lǐng)先、實(shí)踐領(lǐng)先、技術(shù)先進(jìn)的條件。30年來(lái)中國(guó)的科研人員已在新一代煤基能源化工創(chuàng)新發(fā)展的實(shí)踐中創(chuàng)建和探索出低碳化發(fā)展煤基能源化工“三大領(lǐng)域”的部分成就,并邁向科學(xué)規(guī)劃、順應(yīng)形勢(shì)、逐步實(shí)施創(chuàng)新和發(fā)展的健康軌道。

3.1 關(guān)于“碳的低碳化”有效利用

在一碳化學(xué)體系中(不包括傳統(tǒng)煤化工焦化、電石乙炔化工等在內(nèi)),高效煤氣化是關(guān)鍵技術(shù),60年來(lái)我們充分地實(shí)踐了世界上3類(固定床、流化床、氣流床)數(shù)十余種氣化爐型。我國(guó)目前高效、大型化氣化技術(shù)無(wú)論在理論上還是在實(shí)踐應(yīng)用中均已處于世界領(lǐng)先水平,完全沒(méi)有必要去盲目引進(jìn)國(guó)外技術(shù)。

當(dāng)前,合成氣(CO+H2)是當(dāng)代碳利用的基礎(chǔ)。今后將在二氧化碳利用上突破(見(jiàn)圖1)。有了合成氣就有了一切合成碳?xì)溲趸衔锏奈镔|(zhì)基礎(chǔ),具體體現(xiàn)在甲醇體系能源化工。替代石油基能源化工的一大篇文章,必然科學(xué)有效地從這里做起。凡石油化工不能做的,如一碳化學(xué)體系等,煤化工均能做到。

圖1 生產(chǎn)甲醇和合成烴類所需的CO2回收路線

從學(xué)術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域而論,在兩次石油危機(jī)中,世界的有識(shí)之士、學(xué)者、專家及權(quán)威人士正如前所述,為后人留下了寶貴的技術(shù)路線遺產(chǎn)。問(wèn)題是現(xiàn)在的政府管理部門、一些“學(xué)者”或“專業(yè)人士”,由于實(shí)踐和認(rèn)識(shí)的問(wèn)題,他們又在重復(fù)過(guò)去被否定的技術(shù)路線。我們要為國(guó)家及民族復(fù)興負(fù)責(zé),為了可持續(xù)發(fā)展,為構(gòu)建資源節(jié)約、環(huán)境友好型的和諧社會(huì),有必要本著物質(zhì)及能量?jī)纱笫睾愕幕究茖W(xué)原理來(lái)分析正確與不正確的技術(shù)路線,使我們有清醒的認(rèn)識(shí)。喬治A·奧拉教授的論述充分表明,化學(xué)工業(yè)是天經(jīng)地義的物質(zhì)轉(zhuǎn)化的產(chǎn)業(yè),所追求的是高物質(zhì)轉(zhuǎn)化率。甲醇是一個(gè)最低碳的碳?xì)浠衔锊⒑?0%(質(zhì)量比),其性質(zhì)和特征必然是未來(lái)能化”物質(zhì)的基礎(chǔ)化合物,其作用和轉(zhuǎn)化功能,以化學(xué)工作者、化工工作者的客觀認(rèn)識(shí)而論,將是世界上無(wú)一物能比擬的。事物總是按照客觀規(guī)律從低級(jí)到高級(jí)地不斷發(fā)展、不斷地新陳代謝,總是以新事物替代舊事物,并且永無(wú)止境。盡管三烯、三苯是石油化工的基礎(chǔ),但從發(fā)展來(lái)看其作用將仍無(wú)法匹敵甲醇。后石油時(shí)代的石油化工終將逐步由低碳化的甲醇體系能源化工技術(shù)路線所取代,這將是不以人們意志為轉(zhuǎn)移的客觀規(guī)律。

喬治A·奧拉教授精辟地對(duì)甲醇的結(jié)構(gòu)機(jī)理進(jìn)行論述,稱“甲醇是未來(lái)物質(zhì)之本”,是物質(zhì)世界唯有一個(gè)碳的含氧化合物,它的特殊結(jié)構(gòu)完全可以運(yùn)用當(dāng)代或正在不斷發(fā)展的科學(xué)技術(shù)手段,采取分子設(shè)計(jì)和定向催化技術(shù)與工程手段,以最節(jié)能降耗和最經(jīng)濟(jì)的方式及方法衍生出所需要的一切目標(biāo)產(chǎn)物。這正是碳有效利用的方向。如果通過(guò)“多聯(lián)產(chǎn)”技術(shù)的有效耦合來(lái)實(shí)踐碳有效利用,將是低碳化的重要途徑。該技術(shù)是我國(guó)首創(chuàng)填補(bǔ)國(guó)際空白的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)關(guān)鍵技術(shù)。

3.2 關(guān)于煤炭資源原始結(jié)構(gòu)化合物的有效利用

煤炭是物質(zhì)世界賦予的一類芳烴基三維立體結(jié)構(gòu)的大分子,為穩(wěn)定的芳烴化合物。對(duì)于煤炭原始結(jié)構(gòu)的利用,是徹底體現(xiàn)物盡其用及資源最大化和高價(jià)值利用的重要問(wèn)題,是天然芳烴基團(tuán)、官能團(tuán)整體結(jié)構(gòu)化合物的功能化利用,而不象碳分子單一的有效利用,應(yīng)是高效利用煤炭資源的重要方向,又是涉及子孫后代可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略問(wèn)題。

石油的過(guò)度使用,這是由于資本主義追逐高額利潤(rùn),傳統(tǒng)煤化工還未開(kāi)發(fā)徹底的時(shí)候就轉(zhuǎn)向了石油化工(或石油基能源化工的方向)而導(dǎo)致的,從而客觀上為結(jié)構(gòu)豐富的煤炭保留了研發(fā)和創(chuàng)新的土壤。今后,一切化合物的創(chuàng)新專利技術(shù)必源于煤炭這種“三維空間結(jié)構(gòu)”化合物。這將是未來(lái)物質(zhì)世界的寶貴資源,是影響人類生存、生活水平及世界不斷繁榮發(fā)展的高技術(shù)和功能性物質(zhì)的基源。這將比碳的高效利用更加深遠(yuǎn),并是“新能時(shí)代”最有效最長(zhǎng)期的戰(zhàn)略支撐,并將和碳的高效利用相呼應(yīng),從而帶來(lái)能源領(lǐng)域劃時(shí)代的發(fā)展。

3.3 發(fā)展醇醚燃料是戰(zhàn)略替代石油、天然氣的重大方向

醇醚是一碳、兩碳劃時(shí)代的低碳交通燃料,是20世紀(jì)70年代2次石油危機(jī)時(shí)代專家、學(xué)者、權(quán)威人士、有識(shí)之士提出來(lái)的。符合客觀發(fā)展規(guī)律的“烴類燃料和醇類燃料”并存的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。25年前成立了世界醇燃料協(xié)會(huì),召開(kāi)了第一屆世界醇燃料會(huì)議,并且每?jī)赡暾匍_(kāi)一次世界會(huì)議。2008年在太原召開(kāi)了第十七屆醇燃料世界大會(huì),世界各國(guó)的與會(huì)人士,進(jìn)一步確立在后石油時(shí)代發(fā)展醇燃料是符合當(dāng)代能源發(fā)展前景的必然規(guī)律的觀點(diǎn),并強(qiáng)調(diào)甲醇不僅在燃料電池中可作為能源載體,而且甲醇燃料還將成為可以跨越油、氣時(shí)代的清潔新能源。在我國(guó)發(fā)展醇醚燃料替代石油更具重要優(yōu)勢(shì),主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

(1)可全面體現(xiàn)低碳、節(jié)能、減排的科學(xué)發(fā)展觀的要求,符合我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的客觀發(fā)展規(guī)律。

(2)經(jīng)過(guò)30年的發(fā)展,在燃料利用技術(shù)上我國(guó)已處于世界領(lǐng)先地位,人才也已形成系統(tǒng)配套、體系完整以及具備自身發(fā)展和傳承的條件。

(3)中國(guó)發(fā)展醇醚燃料替代石油的需求總量及合成甲醇的煤炭資源條件符合我國(guó)13億人口發(fā)展中大國(guó)的要求。本著對(duì)世界負(fù)責(zé)的精神,應(yīng)充分利用自身煤炭資源,為發(fā)展中國(guó)家的發(fā)展樹立榜樣;為自身科學(xué)地過(guò)渡及銜接好新能源時(shí)代的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展找到符合國(guó)情的戰(zhàn)略發(fā)展之路。