包信和院士：煤炭如何迎来“第二春”？附包院士碳中和思考汇编

在实现“双碳”目标过程中，能源结构改革是非常重要的一个环节，煤炭是我国能源结构的中流砥柱，在能源改革的过程中，煤炭将扮演什么样的角色？我国在煤炭转化的研究中都取得了哪些关键的进展呢？

今天给大家分享的文章来自包信和院士，对煤炭转型路径进行了深度讲解，此外我还汇总了12篇包信和院士有关双碳、能源转型、可再生能源等领域的深度思考，可一同下载阅读。

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如何理解双碳？

一个国家，特别是像中国这样的发展中国家，发展过程中一定要进行工业生产，而生产是需要使用大量能源的。目前我们使用的能源主要是化石能源，燃烧之后会产生二氧化碳，因此在能源使用过程中就要排放碳。近几十年来，由于我国的经济一直在高速发展，所以能源的用量就一直在上升。所谓碳达峰，也就是希望我国尽快达到碳排放的最高值。

实现碳达峰之后，我们要采取各种方法，在减少二氧化碳排放的同时，增加对二氧化碳的处理，最终使每年碳的排放量能够等于碳的自然吸收量加上处理掉的量，使二氧化碳的产生和清除达到平衡，这个平衡就叫做碳中和。

我国能源生产占据了碳排放的80%以上。所以，要想按期实现碳达峰和碳中和的目标，最需要关注的就是能源。

有三个环节需要我们重点关注：

首先是清洁能源的获得环节，也就是本身不会产生大量碳排放的能源；

第二是能源的使用环节，也就是研究如何在能源使用过程中减少碳排放；

第三个环节就是排放环节，如何在这个环节中将要排放的碳进行吸收、处理。

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煤炭如何迎来第二春？

煤炭首要的特点是能量密度非常高，也就是说单位体积内产生能量很多；相比之下，风能和太阳能的单位面积上产生的能量较小。我们的生产生活需要大量的能量，因此煤炭这一化石能源很有优势。

在化石燃料中，中国的煤储量相对于石油和天然气来说，还是比较高的。目前，煤在我国能源结构的比重要占60%左右，所以即便煤可能有污染的问题，也不可能说不用就不用。

总体来讲，相对于新能源，煤炭的价格还是比较低的，在考虑经济效益的情况下，煤炭的使用还是主流。因此，在一段时间之内，煤的使用不可能被替代。

也正是由于煤炭不可替代性，对煤炭的研究就变得非常重要。在“双碳”目标的实现过程中，在我们找到比煤炭更加优秀的替代品之前，不能先否定煤炭，而是要用科技手段将煤炭的使用变得绿色化，实现清洁、低碳、高效。

把煤转化成其它化学品，包括与石油类似的液体燃料，也是一个比较重要的方向。

液体燃料是我国比较缺乏的资源。在很早之前，中国就把煤转化列为一项战略技术，以防备极端情况下的石油断供问题。把煤炭转化为液体燃料，与目前的国际油价相比是不经济的，因此不适合大规模生产，其价值主要体现在其战略性上。

但是经过多年努力以后，通过探索和改善，我们发现煤的转化不只是一个战略储备性的技术，在某些层面上也能够实现经济效益。例如刘中民院士的研究，把煤通过甲醇变成烯烃的技术（点击阅读，在经济上已经可行了，也就是说用煤炭来生产烯烃是可以赚钱的，那么就可以大力发展了。

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煤炭制取烯烃与双碳的关系

在消耗水、碳排放和选择性差这三个问题上，我们课题组的研究内容主要指向其中的两个。首先，我们的生产过程中可以做到不用水。第二，我们的工艺选择性很强。例如，在筛选2个碳原子到4个碳原子的烯烃过程中，选择性可以达到90%。

虽然从原理上来看没有减少二氧化碳的排放，但是我们用一步就能实现原来要三步才能做成的过程，流程缩短了，也就降低了能耗，从而间接地实现了减排。

如果使用新能源技术产生的氢来代替水，那么就不需要排出氧，这样从原理上就可以减少煤炭转化过程中的二氧化碳排放了。因此，煤炭转化的新技术如果能与氢能源技术的发展耦合起来，那么就可以进一步有助于实现“双碳”目标。

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如何在煤转化过程当中降低碳排放？

首先是将煤炭转化为含氧的产品的研究，例如转化为乙醇或者乙二醇，这样就可以减少二氧化碳排放。另外，我们还进行了过程优化方面的研究，通过提高效率的方式来降低二氧化碳排放。

另外，我们也探究新的煤炭转化机制。根据前面的介绍，煤的转化过程需要先汽化，而现在的汽化方式是与氧气反应。由于引入了氧元素，后面需要以二氧化碳的形式将氧元素排掉。所以，要从根本上解决煤转化过程二氧化碳的排放问题，就需要在煤转化过程中不使用氧气。我们现在与中科大合作，通过高温等离子体加热的方法使煤炭直接发生转化，不需要使用氧气，就不排放二氧化碳了。

我们也有研究组在碳处理方面取得了不错的进展，例如将二氧化碳与氢或者甲烷直接进行反应，生成化学品，效率非常高。只要能解决好产量放大的问题，就可以在碳中和过程中发挥作用。

以下为包信和院士碳中和思考汇总

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