對清潔能源創新的思考

在非化石能源難以取得能源消費占比優勢之前，煤炭的清潔利用依然是能源可持續發展的重要途徑。

11月13日亞太經合組織領導人非正式會議期間，國家主席習近平與美國總統奧巴馬發布《中美氣候變化聯合聲明》。聲明顯示，中國計劃在2030年左右二氧化碳排放達到峰值，并計劃到2030年非化石能源占一次能源消費比重提高到20%左右；美國計劃在2020年之后把二氧化碳減排速度提高一倍，到2025年實現在2005年基礎上減排26%-28%；中美兩國希望，現在宣布上述目標能夠為2015年在巴黎舉行的全球氣候談判注入動力，并帶動其他國家也一道盡快并最好是2015年第一季度提出有力度的行動目標。

聲明還稱，雙方計劃繼續加強在先進煤炭技術、核能、頁巖氣和可再生能源方面的合作，這將有助于兩國優化能源結構并減少包括產生自煤炭的排放。 其中，中國計劃到2030年非化石能源占一次能源消費比重提高到20%左右。

為了進一步落實聯合聲明，中美雙方繼續將在新能源研究和發展、碳捕捉和封存、HFCs、智能與低碳城市、綠色科技交易以及清潔能源示范項目共6個方面加強合作。

非化石能源路慢慢

《中美氣候變化聯合聲明》的確是具有劃時代的意義，若能真正落實，將惠及全球。

在國內“十三五”能源規劃初稿中曾提出，中國風電的發展目標為2億千瓦，水電3.5億千瓦，光伏1億千瓦。可見，風、光的發展目標加速，水電也向縱深腹地河流發展。雖然核電因技術限制對裝機目標有所影響，但總體依然被寄予厚望。

根據國家能源局統計數字顯示，2013年非化石能源消費占一次能源消費比重由2012年的9.1%提高到9.8%。這意味著未來6年，非化石能源消費占比在既有消費總量中將提升5.2個百分點，到2030年達到20%的確是任重且道遠。

根據我國各發電類型成本對比情況看（見下表），帶脫硫的火力發電依舊成本最低，即使在增加除塵等裝置投入后，其成本也不應超過核電成本。所以，從企業運營安全與成本的角考量，將非石化能源占比增加到20%的內動力還顯不足。

若用行政手段強行推動實施上述減排目標，必定會墊高居民生活費用支出和用電企業的生產成本，從而降低居民生活品質和企業的競爭力，因此，如何降低水電、風電、核電和光伏發電的成本，使其更具競爭力應是非化石能源著重研究和需要創新的落腳點。

推動煤炭清潔利用

現階段煤炭在我國能源結構中的地位難以撼動，煤炭清潔高效利用是解決我國能源和環境雙安全的核心問題，以深加工及轉化利用為依托的煤炭高效、潔凈、經濟利用已成為能源可持續發展的路徑之一。

盡管基于煤的氣化（CTG）與合成氣費托合成的“煤制油”（煤間接液化，CTL）技術存在有眾多問題，如能源轉化效率相對較低（0.41），是CTL大規模產業化的一個障礙。據測算，每制成2桶CTL柴油（約250kg）需消耗1噸煤。其次是，耗水量大。每制成1噸CTL柴油，需消耗5至7噸水。再加上CTL全生命周期CO2排放量過高。比起常規化石柴油，其CO2排放量要高出160%至190%。如果只計算生產過程的CO2排放，則CTL要比常規化石燃油高出20倍。因此，它不符合美國2007年頒布的《能源獨立和安全法》的相關規定，從而被美國放棄。但這類技術對減少粉塵排放等方面似乎還有那么一點些許的有意幫助，因此，在非石化能源不處于更經濟的優勢時，這類清潔煤技術也只能是在最差選項中可選擇的相對較好的一項。

其實，CTL與CTG技術是德國化學家F·費歇爾和H·托羅普施在1923年開發出的合成技術，故稱費托合成。是在第二次世界大戰期間被大規模工業化生產使用，也正因該項技術的實施拖延了納粹覆滅進程。但今天，為了環境安全，甚至是能源安全，費托合成技術再次煥發著青春。

通常，費托合成工藝流程主要包括煤氣化、氣體凈化、費托合成和產品精制改質等過程。合成氣中的氫氣與一氧化碳的摩爾比要求在2-2.5。反應器采用固定床或流化床兩種形式。前者以生產柴油為主，而后者以生產汽油為主。但為了改變上述不經濟狀況，各國科學家始終不懈地進行著探索。

在CTG技術上，德國延續了其技術優勢，繼續走在全球的前列。其中，HTW（高溫溫克勒）氣化工藝技術就是以低價劣質煤為原料的氣化工藝。它既可避免直接燃燒對大氣造成的污染，也可通過使用價格低廉的三高劣質煤作為原料，大幅降低生產成本。在節水上，該工藝的總耗水量僅為每噸煤350KG，是傳統固定床氣化技術耗水量的1/18。廢水排量小，僅是其他工藝的1/10，且廢水水質中焦油、苯酚、甲酸化合物、萘等成分接近于零。且裝置造價比同等產能裝置費用降低約10-20%，再加上后期廢水處理的裝置投資僅為一般固定床氣化技術的1/10左右，進而成為最具競爭力的倚重煤炭氣化的工藝之一。

在CTL技術上，中國的科學家也擁有了一席之地。日前，中國科學家首次實現了在水介質中進行費托合成，比現有的費托合成過程更清潔、更高效。由于碳氫產物不溶于水，反應后生成的油體會與水體分相，使得到的燃料油不會被催化劑所污染，對環境更加友好。

同時，在非貴金屬催化，能源催化和仿生催化等方面也有了重大的突破，其中，在磁性納米材料的控制合成及其能源轉化技術上也取得了突破。2014年9月，在絕對平和的前提下（623 K， 0.1 MPa），液相制備出了形貌可控的Fe5C2納米顆粒。將此類納米顆粒當成催化劑運用于費托合成，在較低溫度表現出了對一氧化碳活化的本征催化活性，其活性的呈現遠早于對比組的傳統Fe基催化劑。這一成果使鐵基費托合成納米級催化劑因其價格低廉、烯烴抉擇性高級，初始費托反應活性也兩倍于傳統Fe基催化劑，因此倍受關注，其經濟價值得到進一步提升，后續商業化過程值得期待。

沒有環保技術突破的煤化工只會與減排背離，沒有科技創新的溫室氣體減排只能是口頭減排，沒有資金扶持的技術創新也只會蝸居實驗室。因此，即使創新努力還是超不過帶脫硫除塵火電的成本優勢，但為了中國的創造，也有必要建立財政專項信托投資基金，使中國創造夢能有機會起飛。