高碳能源低碳利用是眼下国内减碳“良方”【云

2014年7月17日,中国矿业大学化工学院化工专业樊星副教授接受了“能源中国行”暑期实践团队“绿色能源梦之队”的专访,就我国高碳能源的低碳多元化的现状、国内最新研究动态和科研成果、面临的问题和挑战以及未来的发展走向问题进行了深入而全面的剖析。在采访中樊星副教授结合自己的研究方向指出当前存在的资源浪费和环境污染现象严重的主要原因,一是成本问题太突出,二是能源转化的可操控性不好把握。因此实现低碳多元化战略要在尊重煤炭发展客观规律的前提下,综合考虑各种因素。樊星副教授同时指出要下大力度深入挖掘高碳能源的发展潜力,在实现能源结构调整这一大方向下,开发能源应用的其它方面。针对煤炭而言,要大力研究煤的催化和转化技术,提高煤炭的综合利用率。环境污染防治最终目的就是把有害的物质剔除出去,深入了解有害元素的附存状态,可以在煤炭开采和应用过程减少污染物的输出,更好地促进环保。

答:主要还是成本问题,我举个例子太阳能,我们所用的煤石油天然气远古的时候就是太阳能,与碳在一起就会造成地表碳循环,生物质本来就存在于地表,为什么几千年碳没有增加就是因为此。太阳能的成本那么高,像太阳能电池板吸收太阳的能量,在上海那边有试点,包括美国也有在小区试点,我在盐城发现一个小区也有装太阳能电池板,有示范但是还是成本问题太突出。我有朋友是搞风能的,风车一转效果很好,但是也不固定。能量守恒一定要保证可操控性。

目前,我国一次能源结构仍以高碳性的化石能源为主,化石能源占一次能源消费比例高达93.6%。以电力为代表的二次能源中,燃煤发电占到77%。英国皇家学会主席马丁先生曾经指出,“煤炭在未來50年将继续是世界的主要能源之一”。而在化石能源碳排放“黑名单”上,煤的碳排放居首。 目前,我国正处于城市化、工业化快速发展时期,到2020年以煤炭为主导的高碳能源占一次能源的比例仍将高达85%。为此,大力发展以煤炭能源洁净高效利用为主,包括节能减排,新能源和可再生能源利用,二氧化碳捕集、贮存、利用在内的低碳能源技术,实现高碳能源低碳化利用和高碳产业低碳化发展至关重要。 同时,要加大碳、氢、氧有效组分高效转化,硫、氮等污染组分联合去除,富碳、富氢原料充分利用,劣质煤与生物质组合利用,以及新型洁净煤燃烧、低碳产品合成与低碳排放过程等技术研究。逐步实现煤炭、石油、天然气等能源来源多元化,开采、转化、终端利用的生产过程技术绿色化,多联产生产工艺集约化等。据测算,至2050年,高碳能源低碳化利用技术对我国碳减排的贡献率有望达到77.5%。

答:煤石油就是碳和氢,要么就是做脱硫脱硝,把氮和硫脱掉,这是一个研究方向,这就是催化因为硫和氮在燃烧过程中会产生酸雨。对电厂锅炉是一种损害,然后会导致催化剂中毒。另外就是我说的碳氢化学一个碳外面可接四个东西,还有不同的杂化轨道,它可以接两个氢,也可以接四个氢。碳化学就是如何把A这种结构通过催化转化变成B这种结构。原来从煤中获得的碳氢质A变成可以做化工的B结构。而石油是液体,转化有很多优势,精馏不同的温度就出来不同的东西。对于固体的煤加热气化是一个方向,还有就是煤的热解。我比较想做的是液化,变成固定的液体也不是说热解的焦油。相当于一个催化转化,直接加氢,原来是一个缩合方环变成饱和的环。可以做航空煤油,就是饱和的烷烃。以这个为契机,可以转化成初级的原料品,催化剂是最关键的也是最难的,也有不同的方法我们也在做一些探索。

世博园内低碳概念预示未来,世博园外中国低碳正在行动。5月6日,在以低碳能源为主题的第96期工程科技论坛上,中国工程院院士谢克昌指出,我国仍处于工业化发展阶段,高碳能源低碳利用是我国现阶段“性价比”最高的减碳“药方”。

答:国家未来能源发展方向上会受利益集团的影响,中石化中石油占着很大的比重。未来数年间煤炭的能源主体地位变动可能性很小,高碳能源的低碳多元化的研究也将需要更加深入和探索和挖。

问题2:现在所说的改变能源结构对大气中二氧化碳的排放能有多大的改变?

问题1:请您就您的专业针对“高碳能源的低碳多元化”这一课题谈谈您的看法?

答:这个课题我参加的是煤炭洗选过程中有害元素的变迁,洗选过程中碳的附存状态会发生变化,加浮选剂,在这个过程中砷有好几种价态,正3正4都有,哪一种价态在这个过程中迁移率比较高,我们尽量把它洗掉,但是必然会存在洗脱率比较低的问题,就要是看附存的状态。环境污染防治最终就是把有害的物质剔除出去,但在此之前你要对它的附存状态比较了解,像氟有可能是有机状态也可能是无机状态,要区别对待。

答:每个国家都不一样,情况也很不同,法国主要以核能,俄罗斯天然气,美国也已煤炭为主。也谈不上多先进,咱们国家在发电这一块和国际也没多大差距。我比较关注的还是能不能找到合适的替代品。像氢能就是水它不参与碳循环,而且宇宙中氢含量99%都要多。可以考虑多发展氢能,可以一直循环下去。但是有个问题化学放热反应,逆反应就是吸热,氢在利用过程中变成水然后我们利用这个能源就是为了它放出来的热,假如那么多氢都变成水了,反过来把水变成氢又要获得能量,这个能量从哪里来?能量守恒,就像我们讲的化学能这个能量从太阳能中来。原来地球上可能有很多的二氧化碳小分子,然后通过太阳能把它固定成化学键的形式,其实我觉得最终的来源还是从太阳能,所以一定要把太阳能和氢连在一起。

答:我们人才培养出来就是为这个行业服务的,行业需要什么我们就往哪儿努力。但是我觉得可以拔高一点,不要局限于这个行业之内,这样把自己的思想就束缚死了,出门就说煤炭好。煤炭还是成本比较低,许多新能源还是存在着固有的问题,煤炭还是有先天的优势。但是就我而言学生视野还应该放宽一些,和做别的能源的学生多交流交流,在学术上和其他高校搞合作,学生之间搞个夏令营互动都挺好。我经常鼓励他们出国,志当存高远。

问题4:您研究的“煤中有害元素分布机理及环境污染防治”能不能给我们介绍一下?

问题5:现在煤的综合利用往哪个方向的延伸比较多?

答:我先从煤炭的发展阶段开始谈起,整个世界在二战以前都是以煤炭为主要能源,二战以后石油的比重迅速增加,到了70年代天然气比重开始增加,这些能源都是从地下挖出来的,都是从若干千万年的动植物的腐烂埋在地底下,那时就有固定的碳埋在下面,现在挖出来排放出来,虽然不能说是恶性循环,但是造成的后果确实严重。第一个就是温室效应,温室效应其实是入射的太阳光当中的可见光,紫外红外都有,但是能量大部分在可见光紫外中,红外并不多,但是反射回去的光大部分是红外光。二氧化碳吸收紫外光,热量就存在地球上而不能散热,对温度影响较大。第二是海水酸化,就是二氧化碳多了会溶解于水,酸化影响水中的珊瑚礁,一系列的食物链退化。所以说现在低碳化利用简单说就是找一个替代能源,能量是守恒的,太阳能地热能都可以,关键是要考虑第一是成本问题,第二是是否可以控制。像核能就不好控制,所以说要综合考虑。对所有的化石能源石油天然气都是高碳能源,当然煤炭的碳更高。有一些煤能不能不烧而用来发展煤化工行业,石化是一个很好的方向,包括我们用的塑料、化纤的衣服,我国大型的煤化工厂都有自己的煤化工院。低碳化就是减少排放增加新能源,在不太影响生活的基础上改用其它能源,同时开发其它的方面。其实就是碳和氢的问题,所以说减少排放从能源结构入手,多元化发展以碳氢化工为主开始其它的方向,包括我们所说的樟脑都是从煤焦油中获得。

这次访谈既帮助我普及了“高碳能源的低碳多元化”的专业知识,又给了我很大的启发。樊星副教授严谨的治学态度和对科学研究的不懈探索,使我感触颇深。作为大学生群体当中的一员,我们更应增强对高碳能源的低碳多元发展的认识,自觉肩负起宣传并推动更多的人去思考和关注国家能源问题的使命,为早日实现人与自然的和谐相处、更高层次的低碳生活不懈追求。

问题7:您对国外的一些先进技术前沿科技和发展,我们应该怎样更好的交流和学习?

被访谈人:樊星,中国矿业大学化工学院副教授,硕士生导师

问题3:我们知道您在煤的催化和转化方面的研究,就此能不能给我们谈一下您具体研究的方面?

答:其实从生活中说举个例子,家里买热水器就买太阳能的,然后少坐电梯,外出鼓励大家都坐校车,因为毕竟煤炭用了几百年,石油也有一百年了,很多习惯很难改。再说企业现在存在很多污染和浪费现象,关于目前这一块,我认为最有效的方法是煤渣回补,填埋可能只有三分之一、四分之一,比较大的矿区可能地面都有点下沉,有废物一定要往下填。

问题6:在您看来低碳能源应该从哪方面入手?

问题9:未来高碳能源的低碳化的发展方向和趋势如何?

曾对“高碳能源的低碳多元化”这一研究略有耳闻,高碳能源如何低碳利用关乎国家的能源战略安全,关乎环境的治理与保护,也与民众的生活息息相关,因此值得引起更多人的关注。针对低碳多元化发展的现状、最新研究动态以及未来的发展走向,今天有幸与化工学院樊星副教授进行了面对面的访谈。

答:从电厂方面有煤电延用,热点延用,有电有热富余的不会丧失。还有就是化工化学方面,就是液化,有两个方向直接和间接。直接液化就是神华集团有,关键还是成本问题,现在我们技术上可以做到生成石油那种类似的产品。可燃冰也是碳氢类的化合物,可能它的沸点并不是很高,分子量不是很大且极易挥发。但是确实是好东西,处在石油和天然气之间,能挖出来确实很好。但海越深工程量就越大,浅海还好深海难度太大。其实从地下挖出的能源都不是低碳能源,水电也不好搞,风电也不稳定,太阳能转化率低成本太高。

访谈时间:2014年7月11日

访谈地点:中国矿业大学化工学院学院楼

访谈方式:面对面

问题8:现在既然这个领域大家还有比较多想法和问题,我们应该怎样培养这个领域内所需的人才?

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