刘中民院士：实现碳中和需构建多能融合新能源体系

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31 ENVIRONMENTAL PROTECTION V ol. 50 No.07 2022 中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见指出，到 2025年，绿色低碳循环发展的经济体系初步形成，重点行业能源利用效率大幅提升，并就推进经济社会发展全面绿色转型、深度调整产业结构、加快构建清洁低碳安全高效能源体系、加强绿色低碳重大科技攻关和推广应用等方面提出了具体要求。碳达峰、碳中和目标将会给我国的经济社会发展带来怎样的挑战应该如何稳步走好能源低碳转型之路转型过程又将带动和促进哪些行业和领域的创新与发展近日，环境保护杂志记者视频连线中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所所长刘中民，就上述问题对他进行了专访。实现碳中和需要构建多能融合新型能源体系环境保护有专家认为，碳中和目标会给我国的经济发展带来巨大挑战。您对此如何看待刘中民碳中和目标对我国能源产业结构、经济结构转型升级提出更高要求，需顶层超前谋划，构建多能融合新能源体系，保障新经济发展模式下的能源安全与持续稳定供给。刘中民院士实现碳中和需构建多能融合新能源体系 ■ 文/本刊记者郭媛媛于宝源 Liu Zhongmin It Is Necessary to Build a Multi-energy Integrated New Energy System to Achieve Carbon Neutrality 中国的二氧化碳（ CO 2 ）排放总量已于2005年超过美国，中国由此成为全球第一大碳排放国家。随着经济持续快速增长，中国的 CO 2 排放总量仍呈快速增长趋势，到 2020年占全球 CO 2 排放总量的30左右。能源利用是我国温室气体的主要来源。实现碳中和目标意味着要进行颠覆性的能源革命、科技革命和经济转型，要颠覆从工业革命以来建立的以化石能源（如煤炭、石油、天然气）为主导的能源体系，转变为以非化石能源为主导的能源体系。我认为，规模性是实现碳中和目标必须要考虑的问题。因为我国碳排放总量巨大，且从实现碳达峰到实现碳中和只有3 0年左右的时间，所以在极短时间内实现如此巨大规模的碳减排任务艰巨。能源利用与工业生产密切相关，钢铁、水泥、化工等行业产生的CO 2 排放量约占CO 2 排放总量的40 。能源消费及CO 2 排放量受产品需求影响，与经济发展速度和结构联动，技术上难以通过替代进行减排，属于难脱碳行业，仅仅依靠自身技术进步的减排空间小，减排成本高。实现碳中和目标，各个领域不仅要突破诸多关键技术门槛，还要破除各类能源之间的壁垒，突破工业流程再造的瓶颈和关键核心技术，这也正是构建我国新能源体系与产业转型升级的重点方向和难点问题。跨领域、系统化布局不仅有巨大的创新空间，还会产生巨大的总体节能减排效果。多能融合的新型能源体系能够切实提高能源储备和保障能力，保障我国能源产业链、供应链的安全和稳定。煤化工弥补石油不足造成的结构性缺陷环境保护请问在“碳中和”的大背景下，我国化工领域会受到哪些影响您认为化工行业后续的发展方向是什么如何实现产业转型与能源转型刘中民我国的资源禀赋决定了化石资源仍将在较长时期内在能源生产及工业利用中发挥作用。煤化工的发展不仅要保障我国能源安全和产业链、供应链的稳定，还要弥补我国石油不足所造成的结构性缺陷。煤化工在以技术创新促进自身实现清洁化、低碳化转型的同时，还能够促进相关高能耗工业转型升级。现代煤化工是以煤为主要原料，能够生产多种清洁燃料和基础化工原料的煤炭加工转化产业。经过 20余年的发展，我国现代煤化工行业整体技术位于世界领先水平，一批标志性的新技术在我国已首次实现工业化。对话 DOI10.14026/j.cnki.0253-9705.2022.07.011 对话32 煤化工行业的发展对保障国家能源安全、推动产业结构调整和地方经济发展具有重要作用。我国现已形成较为完备的煤直接液化、煤间接液化、煤制甲醇、甲醇制烯烃、合成气制乙二醇等关键工艺和工程体系，大型气化炉等关键装备已经全部实现国产化，技术装备水平也已总体达到国际领先水平。在我国碳达峰、碳中和目标及能源结构转型的背景下，煤化工产业将进一步与新能源融合，向清洁化、低碳化方向发展，重点发展与新能源制氢耦合技术、煤炭 /合成气直接转化制燃料与化学品技术等，将绿色理念贯穿于整个生产过程，最大限度地减少对生态环境的污染和碳排放，降低生产成本。煤化工作为保证国家能源安全和产业链完整的支柱型产业，应该得到更多关注。煤化工的基本任务通常被认为是 “ 石油替代 ”，但不仅要用煤化工来填补石油资源及产品供应的不足，更要实现二者的协调发展，促进相关产业进步，由此形成更加合理的工业结构。同时，我特别要强调，仅仅依靠煤化工行业自身的技术进步和效率提升实现低碳清洁发展仍然面临一些挑战，需要发挥国家体制优势，超越领域限制，将现代煤化工放在能源与工业变革的大格局下统筹考虑，打破各能源种类相互独立分割的局面，推动各能源系统之间的资源整合，解决现代煤化工低碳清洁发展问题。煤炭正从能源向能源和原料并重的角色转变环境保护据了解，煤炭可以通过煤化工技术生产煤制油来替代一些进口石油，从而让我国的能源对外依存度降下来。另外，燃煤发电的清洁度也在逐步提升。您如何看煤炭的问题煤炭又该何去何从，最好的出路是什么刘中民从能源产业链安全稳定的角度考虑，煤炭利用正从能源燃料向燃料和原料并重的角色转变。我国能源资源禀赋具有 “ 富煤贫油少气 ” 的特征，在全国已探明的化石能源资源储量中，煤炭占比为 94左右，石油、天然气对外依存度偏高，存在供应安全风险；可再生能源产能难以满足全国1 4亿人口的用能需求，仍需要煤炭、石油等化石能源保障供需平衡和经济社会发展的基本需求。煤炭具有能源和原料双重属性，提升其作为原料的利用比例是重要的发展方向。在世界能源发展历史中，煤炭的能源化利用方式主要是通过燃烧过程为人们提供热量、电力。而煤炭的原料化利用是指煤经过加工转化为化学产品。与煤燃烧相比，原料化利用的碳元素更多地留在了产品中， CO 2 排放到自然中的量也少一些。能源从高碳向低碳甚至无碳转变是国际大趋势，但是，地球上的生物及生命活动本来就是基于以碳元素为基础的物质系统，随着社会不断发展，人们对有机化学产品及材料的需求仍将继续增加。当前，煤炭的原料利用是推动供给侧结构性改革的重要举措，也是实现石化产品原料多元化、保障我国能源安全的重要途径。近些年兴起的现代煤化工以煤热解、气化为基础，以一碳化学为主线，以新型催化剂和工艺过程为核心，以工艺流程装备为保障，产品主要有合成油、天然气、烯烃、乙醇、乙二醇、芳烃、精细化学品等，人们生活中常用的塑料、合成橡胶、合成纤维等都离不开这些原料。现代煤化工不仅可缓解我国石油依存度过高的局面，还可以实现我国能源化学品生产的多元化，提高我国应对国际原油价格波动的能力，同时也可弥补现有石油加工与石油化工行业的结构性缺陷，促进工业结构转型升级，特别是在紧急情况下还可以成为保障油气供应的重要支柱，为国家的能源安全提供支撑。氢能是新能源的“搬运工” 环境保护在我国能源结构调整过程中，您对哪种能源有较高的期待从专业的角度来看，推进减污降碳协同增效，后续还需要在哪些方面做出更多努力刘中民发挥氢能、储能在新能源体系中的纽带作用，协同解决风能、太阳能、生物质能等新能源大规模应用和化石能源清洁低碳发展问题。当下我国正处于新旧能源交替的关键时期。以风能、太阳能、生物质能为代表的新能源储量丰富，具备丰富的能源供给手段以及替代传统能源供应的巨大潜力。习近平主席在气候雄心峰会上提出了到2030年，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿 kW 以上的愿景目标。目前，新能源（如风能、太阳能等）普遍存在能量密度低及低负荷运转时稳定性差等问题，难以自成体系或通过自身技术进步提供稳定的能源供应。鉴于此，建议要从国家层面协同解决新能源大规模应用和化石能源清洁低碳发展问题，重点发挥氢能、储能等在整个新能源体系中的纽带作用。国家和地方需要加大对储能产业发展的支持力度，营造有利于储能产业发展的电力市场机制，明确储能应用的市场准入条件和主体地位，同时借助人工智能驱动大电网安全辨识与控制，提升电力系统 33 ENVIRONMENTAL PROTECTION V ol. 50 No.07 2022 的安全性、可靠性和灵活性。氢能作为二次能源，相比太阳能、风能等更便于储备、运输，是 “ 能源互联网 ” 中的重要纽带，也是新能源的 “ 搬运工 ”。通过新能源电解水制氢技术实现零碳排放制取 “ 绿氢 ”，利用氢的能量和物质双重属性，构建 “ 绿氢 ” 与煤化工耦合、 “ 绿氢 ” 与 CO 2 催化转化制取油品和大宗化学品、氢能汽车、氢能发电、氢能冶炼等绿色工业体系。重点突破电解水制氢，氢能综合利用、存储、运输、使用等环节的关键技术，推进跨能源系统、跨产业的融合或替代。这不仅能有效地解决新能源电量消纳问题，还可解决新能源的储存、再分配问题，同时降低化石能源带来的大量 CO 2 排放。我国东北、西北、西南地区拥有丰富的风能、太阳能和水能等，可积极推进可再生能源电解水制氢、储氢、用氢的先行示范，以点带面，促进大规模、系统性的技术落地。发挥高等院校及科研院所在原理创新、方法创新、技术创新等方面的作用，充分释放国家政策红利，激励氢能相关的先进技术成果在高碳排放地区的转移转化，加快高碳地区的低碳化发展进程。高能耗工业是产生系统性变革的重点领域环境保护我国的减碳事业可能会带动哪些领域的发展和行业创新请谈谈您的看法。刘中民在减碳大形势下，能够实现高碳行业绿色低碳循环发展的可行性手段和技术研究，将是重点发展方向。电力工业、高能耗工业将是产生行业创新与系统性变革的重点领域。能源革命与工业革命历来交互发展，共同作用促进社会经济结构变革。全球能源发展正处于从高碳到低碳再到无碳的关键过渡期。我国的能源革命已经拉开了序幕，碳达峰、碳中和目标的牵引也必然会促进我国工业革命的迅速开展。比如，电力行业减排最为困难，需要全新的发电方式；钢铁行业低碳化需要流程再造，破除焦炭炼钢的旧模式；水泥行业需要颠覆性的新概念、新流程。我认为，在发电方面，可充分利用大规模储能平台，推进可再生能源大规模、高比例发展，降低煤电机组的发电、调峰需求，降低电煤消费。在煤炭转化方面，要大力推进可再生能源、高温核能等制取氢气，从源头上降低煤炭消费，实现工业生产过程的零碳化、负碳化。在产业融合方面，基于合成气平台，推进钢铁与化工行业融合，推进含碳尾气的资源化利用，基于共性产品，推进煤化工与石油化工融合。我国已积极进行相关领域关键技术的研发与攻关部署。中科院针对煤炭清洁高效转化利用完成了 “ 低阶煤清洁高效梯级利用关键技术与示范 ” 先导专项，同时还围绕国家洁净能源体系构建，成立了洁净能源创新研究院，启动实施了 “ 变革性洁净能源关键技术与示范 ” 先导专项，实现了一些碳达峰、碳中和目标和多能融合共性支撑技术的创新。例如，氢能及储能技术、先进安全核能技术、 CO 2 捕集、利用与封存（ CCUS）技术等。 2020年 10月，千吨级 “ 液态阳光 ” 合成示范项目成功运行。该项目利用太阳能等可再生能源发电、电解水生产 “ 绿色 ” 氢能，并将 CO 2 加氢转化为 “ 绿色 ” 甲醇等液体燃料。 2019年 9 月，中科院原创的千吨级合成气直接转化制烯烃技术工业中试装置投料一次成功，快速实现成果从科学论文走进工厂，引领了高效、节水煤化工的发展方向。该技术被列为国家能源技术短板清单任务。总体上，我们正处于能源革命、工业革命、科技革命与人工智能互相叠加的大变革的初期。我国以化石能源为基础的能源生产与工业结构将向绿色低碳的方向快速转变，既是挑战也是机遇。国家已经作出了全面部署和安排，近期一些与双碳工作相关的规划也陆续出台，这些规划的一个共同点是强调科技创新的重要性。我们有理由相信，通过科技创新的引领作用，不仅我国一些传统高能耗工业将发生变革性变化，也将快速催生一些新的战略产业。院士介绍刘中民，男， 1964年 9月出生，于 2015年当选为中国工程院院士，我国石油化工、煤化工专家。 1983年毕业于郑州大学化学系， 1990年在中国科学院大连化学物理研究所获博士学位。现任中国科学院大连化学物理研究所所长、中国科学院青岛生物能源与过程研究所所长、甲醇制烯烃国家工程实验室主任、国家能源低碳催化与工程研发中心主任。他长期从事能源化工领域催化新过程研究与开发，完成了多项创新成果并实现产业化，发表了研究论文 300余篇。他负责开发了甲醇制烯烃（ DMTO）技术，并率先在世界上实现工业化。他还牵头开发了甲醇制乙醇（ DMTE）技术，完成了世界首套10万 t/a煤基乙醇工业示范项目，为百万吨级工业装置建设奠定了基础。