中科院院士徐春明:绿电氢重构钢铁、石化、煤化工技术已获突

发布时间:2021-10-21 15:37 点击:

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非常高兴能够有机会跟在座各位同行分享一点思考。今天也是双碳目标提出一周年,这一年双碳确实非常火热,刚才前面几个报告非常精彩。

我今天报告是一张表,从数字背后可以看一看未来发展的一些趋势。从趋势当中来简单探讨思考一下未来能源和技术的发展。

这张表不能说完全准确,也代表一方,表里面有几个关键数字,当然第一个是经济发展,这是我们社会必然的,况且是要保持一个比较高的速度,经济发展意味着就是需要能耗,以及我们关注二氧化碳未来怎么处理。

徐春明:关于碳中和发展的几点思考

中国科学院院士、中国石油大学(北京)碳中和未来技术学院院长 徐春明

这张表数字太多,我想展开一下,首先从表里面可以看到双碳不管怎么发展,我们不管怎么达峰,怎么中和,首先是要保证经济的快速发展,或者说我们现在按照总书记说的高质量发展,我们GDP增长速率尽管这几年放缓,但是未来还是4%到6%的增长,而这个增长意味着背后它一定需要能源,大家可以看得出来,每五年对能源消耗都是差不多5亿吨,一年1亿吨增量,基本上没有太放缓。从这儿讲,第一个分享的是,不管怎么达峰,中和,我们经济发展需要的能源,我们需要的能源还是在快速发展,总量还在不断攀升。

在这样一个前提下,我们要实现我们的目标,第一最直接的就是节能,很多人说我们可以很多根本的原因,但是我们眼前可以做的,尤其像很多所谓能耗和二氧化碳排放大户,节能减排是目前我们所有的行业、所有企业,所有人马上可以做的,因此最重要的数字就是单位GDP能耗强度,大家可以看我们在经济快速增长这么多年,我们这么多年也在努力使能源强度按照非常高的比例下降,大家可以看未来下降速度会趋缓,因为我们跟国际先进水平差距比较大,到慢慢接近,到未来随着质量发展可以跟国外相当。

在这个背景下,怎么能够直接减排二氧化碳,就是节能,当然这个过程中我不展开讲了,各种新工艺、新装备,新材料,新介质,新技术,所有这些手段都可以来帮助我们快速直接地降低能耗。

当然这里因为不是学术报告,我没有展开讲,但是我可以拿一个例子,节能减排在我们石化行业已经放到了头等技术进步的头等位置,我可以举一个例子,行业内原来概念是石油很粗放,大进大出,但是事实上我们现在已经在分子炼油,当然实现这些分子炼油,以及我们未来二氧化碳氢是我们非常关注的对象,这个体系里面未来面对很大的问题,小分子的气体分离,不管二氧化碳补给,还是氢气的场景都需要达到纯度,分离的手段和技术一定是我们未来急需的,当然借用国外知名学者团队,他们曾经列了未来能有7个改变世界的分离技术,跟我们的石油炼化小分子分离都在里面,因此从科学和技术发展来看,也是节能减排第一选择。

但是节能减排毕竟有限,我们可能能做到的还是达到一定限度以后,大家都知道技术每进步一点都非常困难,因此未来来讲,根本还是能源结构调整,但是能源结构调整,因为我们既然总量已经在这儿,每年消耗在增加,因此唯一变化的是这个比例,这张表前三个是三大化石能源,煤、油、气,不管各行各业怎么喊,能源比例是降低的,绝对需求量并不会马上下降,大家为什么说现在很多人一喊煤马上就要被代,但是喊了半天煤价上来了,我们刚需还在这儿,甚至未来五年我们对煤炭需求总量几乎是持平的,当然到2030年略有降低,所以这么一个现状下,能源结构,化石能源至少十年之内还是绝对值来看,包括石油并没有降低,我们大概未来5到10年还会增加,只不过比例会达到一个峰值。

当然快速增长的一个是天然气,不论比例还是绝对量,大家谈到了最关注的还是非化石能源,风、光、电,甚至是核,它的比例也好,绝对值也好,快速增加,因此我们未来必须面对能源结构调整带来的需求。

我们不可回避的是最后两排,因为我们碳达峰、碳中和体现在碳,因为碳中和不仅仅是二氧化碳,还有马上会受到关注的甲烷。今年11月份国际上推出一个关于甲烷的一个减碳计划,我们国家也是成员之一,今天我们只是谈的还是二氧化碳为主,但是因为甲烷它作用温室气体比二氧化碳要厉害得多。即便是二氧化碳,大家可以看排放量,我们到达峰,不管什么手段一定最后到2030年达到最高,很多单位定在2025年,因此2025年到2030年排放总量已经到了峰值。因此这100多亿吨的二氧化碳,将来怎么中和也不会超过一半,多出来这么多二氧化碳怎么办?因为这是能耗带来的,尽管说现在我们的水平提高了,单位能耗二氧化碳强度也在下降,但是总量还是不能忽视的。我想在未来5到10年必须面对的是二氧化碳,不管怎么跟氢结合,我们需要刚才提到了煤制氢还是最便宜的,我们需要竞争,成本还是比较重要的,在二氧化碳处置问题上,CCS,或者CCUS在相当一段时间作为一个主体技术来,比如美国和中东未来以天然气作为主要能源,把排放的二氧化碳大量封存在不论用于气田,还是油田。

因为刚才提到氢,未来是绿氢,但是在前期我们要经过相当一段时间是必须用灰氢,或者黑氢,煤制氢还要持续相当一段时间,我们短期内也会仰仗CCS去解决二氧化碳的排放问题。未来5到10年我们还是需要大量消耗煤,其他国家各有自己的套路。这是根据这张表可以展开思考的。

后面打个广告,我们石油大学是搞传统能源的,因为我们十年前就预见到这种变化,能源结构和环境带来的能源结构调整一定是一个趋势,十多年前我们成立了新能源研究院,当时说的是变革性技术,未来针对能源变化,所以当时我们考虑到绿电绿氢是可能大有作为,所以我们开发了几个技术,分别用在钢铁、石化和煤化工,简单给大家分享一下这个方面的一点进展,也是我们赶上了风口,技术受到了很大关注。

其中一个就是现在说的氢冶金,我们是用还原铁来替代胶,具体细节不说了,这个里面的关键就是我们利用各种废气,不管本身钢铁的,还是石化的,一些低价值的废气,利用甲烷、二氧化碳和氢气,以及我们各种催化材料,一些工艺技术,最后统统变成我们期望的,按照一定比例的一氧化碳和氢,用它替代胶来炼钢,因此将来钢铁厂就比较化工厂了。

刚才晋能集团,我们也是在那个附近,我们建了一条30万吨的工厂,我们希望带来惊喜的结果,可以把我们钢铁流程做一个变革性的变化。

第二,就是我们正在做的,石油化工一个重要的过程,把蒸汽裂解生产乙烯、丙烯进行脱碳,也要减少化石能源消耗,这也是有一些价值比较低的,这里面核心的就是一种新的供热方式,需要一些催化剂,关键装备替代我们传统的加热炉,变成一种电磁强化加热,大家都吃过火锅,这里面一些能耗解决完以后,替代传统的加热炉。

我们已经进到一个工业示范阶段,下面这个是氨,传统的需要用煤来气化,生成一氧化碳和氢带来发展,我们可以生产绿氢,这样我们能够用电和水以及我们废的烟气实现这个过程,氢出来以后跟我们常规的气体分离,我们把氮气和二氧化碳变成合成氨,它不但没有排放,可以消纳气风气电,同时可以吸收二氧化碳的过程,我们很高兴去年在凝中,跟当地一个合成公司签了一个协议,1万吨每年的合成氨。

未来我们高耗能的都变成绿电绿氢体替代的过程,当然这些过程重构实现以后,我们可以实现节能和减排,最后感谢大家。