2020年,基于推進人類命運共同體建設、實現可持續發展的需要,中國做出了“力爭2030年前碳達峰、爭取2060年前碳中和”的重大戰略決策。從時間上看,中國從碳峰值到碳中和的過渡期(只有30年)比歐美發達國家(50-70年)要短得多。從一次能源消費結構來看,中國是煤炭生產和消費大國,其能源體系以化石能源尤其是高碳煤為支撐。2020年,煤炭將占中國一次能源消費的56.8%。由此可見,“雙碳”目標的實現不僅時間短、任務重,也是加快以煤炭為主的能源結構轉型的必由之路。
一、煤化工發展現狀
近幾十年來,隨著我國煤化工產業的發展,其能耗不斷下降,清潔環保水平不斷提高,整體技術水平和規模處于世界領先地位。但是,由于合成煤基化學品的原料氣需要通過水煤氣轉換,以滿足合成甲醇或石油產品所需的氫碳比,因此中國煤化工行業具有高耗水的特點。此外,煤制液體、煤制烯烴和煤制乙二醇的盈虧平衡油價分別為70美元/桶、45美元/桶和55美元/桶。當油價大于100美元/桶時,煤化工利潤可觀。然而,近年來,低油價和高煤價導致煤制油、天然氣、乙二醇和乙酸的整體損失。
因此,煤化工產業的經濟受到國際油價市場波動的影響,面臨巨大挑戰。最后,在2021年的全國人大上,“碳達峰”和“碳中和”首次寫入政府工作報告。“碳達峰、碳中和”已經成為中國經濟社會發展的長期、頂層硬約束,并將繼續迫使經濟結構和能源結構加快轉型。同時,鑒于我國原油對外依存度超過70%的現狀,發展和支持現代煤化工的產能/技術儲備,提高質量和效率,是當前煤化工的發展方向
二、煤化工的發展方向
大多數煤化工過程直接或間接排放一定量的二氧化碳,但有些技術具有固碳特性。例如,以煤為原料合成尿素,每噸尿素可消耗約735公斤二氧化碳。根據國際能源署發布的《將二氧化碳投入使用—從排放中創造價值》,化肥行業是全球二氧化碳消費量最大的行業,每年有1.3億噸二氧化碳用于尿素生產,但其消費量不到2020年全球二氧化碳排放量(340億噸)的1%。鑒于煤炭的高碳(60%-98%)特性,如何實現高碳資源和低碳的利用,是煤化工行業從業者的一大考驗。
北京化工大學劉振宇教授指出:1)如果電石采用基于綠電的生產工藝,電石可能成為一種儲能載體,并且驅動基于電石(采用可再生電力制備)的化學品合成技術發展;2)隨著未來對燃油需求的減少,煤基化學品/材料的制備技術在煤化工中所占的地位會更加重要;3)CCUS(碳捕獲、利用與封存)技術的研發及突破對于煤化工實現碳中和的目標更加重要;4)煤化工過程的低碳是重要發展方向(用可再生電和H2)。
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三、煤化工的未來發展
根據我國煤化工的發展現狀和“雙碳”目標的提出,我們認為煤化工未來的發展應主要集中在以下幾個方面:
一是煤化工行業要盡快進行碳排放量化核算,摸清財力。煤化工全過程涉及環節多,對應的碳排放核算也比較復雜,不同碳排放核算機構給出的企業碳排放數據也不一樣。政府應出臺相關政策,引導相關部門或第三方核查機構建立嚴格、科學、公平的碳核算體系,實現企業碳排放和碳減排核算的標準化,提高核算的可信度,為企業后續進入碳交易市場提供相應的數據支持和決策依據。政府和企業應設立碳核查和碳交易相關機構,加快培養精通碳核算體系和碳交易體系程序的相關人才。
其次,煤化工企業應根據碳排放源和對應量,結合現有和未來的碳減排和碳中和技術,盡快制定相應的碳峰化和碳中和技術路線圖和時間節點。企業要以制定碳減排行動計劃為契機,加快相關技術研發的進度和力度,加快相關技術的引進、消化和吸收,盡快實現企業轉型升級和高質量可持續發展。
再次,建議政府根據不同煤化工項目的規模、產品類別和環境影響,從不同角度分析并科學制定相應的差異化政策。對能夠保障我國能源安全的項目,要給予適當的政策傾斜,堅決爭取高能耗、高污染的煤化工項目。對于具有明顯減碳和經濟可行性的煤化工技術,有必要加快其在全行業的推廣應用。政府和企業也應制定相應的政策,激發煤化工行業從業人員從事碳減排技術研發的積極性、主動性和創造性。
四是穩步推進煤化工與石油/天然氣/生化產業的耦合,逐步提高可再生能源在煤化工中的比重,實現優勢互補,降低煤化工碳排放總量和強度。
第五,將煤化工的產業鏈條做長,注重特種專用化學品的研發與生產,提升煤化工產品的高附加值,盡可能將更多的碳保留在終端產品中。比如可通過煤化路線生產PGA、PBAT、PBS等可降解塑料;依托煤制α-烯烴原料優勢,開展聚烯烴彈性體技術攻關及工程應用等。同時,突破煤化工所產生二氧化碳的規模化利用技術(如二氧化碳加氫制甲醇等),并盡可能降低其成本。
第六,在解決煤化工碳排放問題的同時,要注重提高煤化工的環保水平,解決煤化工過程中低成本、高效率的三廢處理技術問題,實現多種污染物的協調處置和能源資源的再利用,有效解決現有企業環保投入成本過高的問題。