清潔煤

燃煤產生的二氧化碳是一種重要的溫室氣體，被認為是氣候變暖的罪魁禍首。研究人員正在探索解決的方法——就是要將煤轉化電能，實現二氧化碳零排放。

然而如何要實現這一目標需要解決許多技術問題。需要將煤炭中的硫、鐵、石英、硅以及其它一些物質分離出來。近年來，研究人員在這方面取得了很多進展。例如，現在技術能夠將將燃煤排放物脫硫98%，這已經不是什麼困難，問題是即使提取出這些礦物質，燃煤仍然會產生大量的二氧化碳。

煤炭的零碳排放技術又稱為碳捕獲技術，現在已經有很多研究正在進行，以更好地完善這一技術。為了減少碳的排放，很重要的方法就是捕獲碳，然後將其深埋入地下，而不是排放到大氣中。2006年3月，丹麥的埃斯比約（Esbjerg）建成了世界上第一家碳捕獲（carbon capture）實驗工廠。這一工廠的主要目標是幫助歐盟排少10%的二氧化碳，其中30%是減少傳統電廠的排放。該廠的研究人員努力研發新的溶劑，以便更好的捕獲碳，將其轉化為固體形式。國際能源機構溫室氣體項目經理哈麗﹒奧杜斯（Harry Audus）說：“這種做法主要是讓二氧化碳通過一種液體溶劑，然後將其壓縮，注入地下。這一研究能夠幫助提高二氧化碳的捕獲率。”他還說，該廠研製的新溶劑和碳捕獲技術成本會更低。現在每立法米二氧化碳的碳匯成本是50－60歐元，而該項目有望將成本低到20－30歐元。

在美國，布希總統最近也宣布了一攬子總投資為20億美元的清潔煤技術研發項目。“綠色未來”就是其中之一。該項目計劃總投入為10億美元，由政府和企業共同合作完成，目標是建成世界上最大的零排放化石燃料工廠。這一計劃將在未來3年內完成。

在所有的碳捕獲技術中包括一項煤的氣化技術。該技術利用蒸氣和氧氣把煤轉化為一種合成氣體，其主要成份是氫。然後利用合成氣體發電。這種氣體的發熱量高，而且比煤更清潔，是一種更為高效的能源。它排放的二氧化碳濃度也比直接燃煤產生的二氧化碳高，因此比較容易捕獲。收集的二氧化碳將被注下深層地下鹽池或是不能開採的煤層隙縫中，還可以直接泵到油氣田的底層，利用壓力提升油氣水平。因此，這一工程得到了很多支持，被認為是一種可以清潔利用煤的很好方法。

然而，“綠色未來”項目真正能夠實際運用尚需時日。這期間由於煤的價格低，而且比油、天然氣的存儲量大，煤的開採和使用量在變綠之前還會大幅上升。據世界能源組織預測，到2020年，全世界煤的使用量還將上升43%。而石油和天然氣預計40年和60年後將開採殆盡，在這一背景下，清潔煤技術的研發就顯得更有意義。

清潔煤技術：藏在深閨人不識

2005年2月，旨在限定全球溫室氣體排量的《京都議定書》正式生效，該條約的簽署國已經達到140個。儘管美國是溫室氣體排放量最大的國家，但它提出將“按照自己的方式解決排放限制問題”，拒絕加入該條約。

2003年2月，美國政府宣布將實施一項名為“未來發電”的計劃。該計劃由美國能源部、私人投資者和國際組織共同投資10億美元，在5年內完成設計和建造一座煤基零排放電-氫發電廠。這種發電廠的溫室氣體排放量可以達到“零排放”的水平，即使是排放出了二氧化碳氣體，也可以通過技術手段將其“存儲”於地下。

顯然，這是一項面向未來的重要計劃。然而，科學家指出：利用現有的技術能否解決當務之急呢？答案是肯定的。

今年，美國最大的燃煤電力公司（AEP）已經選好廠址，計劃建造一座新型超凈潔發電廠，即集成氣化綜合循環（IGCC）發電廠。人們往往把IGCC看作是“新技術”，但其實它是由兩種著名的現有實用技術集合而成，而這兩種技術都可以用來實現“未來發電”計劃的最終目標。

第一種煤炭氣化技術。在嚴格控制溫度和壓力的條件下部分燃燒煤，使其變為主要是由一氧化碳和氫氣組成的濃縮合成氣體，其中的雜質如二氧化硫等都很容易被除去。第二種技術是“循環”，這種技術已經在天然氣發電廠得到普遍採用，渦輪的驅動力來自於天然氣流和廢熱所產生的氣流。最為重要的是，相比之下，從氣流中捕獲二氧化碳比從傳統發電廠的煙囪中捕獲二氧化碳要容易實現得多。

IGCC發電技術比當今普遍採用的燃煤發電技術先進很多。APE電力部門執行副董事長羅伯特·鮑威爾斯說：“我們已經對這種技術進行了深入的研究。人類從上世紀初已經開始使用煤炭氣化技術，這種技術在石油化學工業和石油冶鍊工業已經使用了很多年。此外，我們現在就擁有自己的循環燃燒發電廠。因此，上述兩種技術都是成熟的和先進的。”

除了APE之外，美國國內和其他國家的大型能源公司對煤炭液化技術也十分重視。美國賓西法尼亞州的一個工業財團正計劃建造一個工廠，從南非能源業巨人——薩索爾集團引進煤炭液化技術，工廠的設計產量為每天生產5000桶煤炭液化油。皮博迪能源公司也正在計劃在伊利諾斯州建一個工廠，利用煤來生產天然氣。在美國之外，一些能源公司正在計劃建造“純氧燃燒”工廠，主要使用純凈氧氣來燃燒煤，以更易於捕獲濃縮的二氧化碳。

APE預計，擬建的IGCC發電廠總投資將比傳統發電廠高15%—20%。但是，一旦聯邦政府頒布實施限制二氧化碳排量的有關措施，這些投資就可以很快回收。由於發電廠一般都位於開闊地帶，有足夠的空間可以存儲發電廠排放出來的二氧化碳，而在這種背景下就可以將這些存儲的二氧化碳銷售給其他公司，以賺取利潤。據估算，IGCC發電廠的收益將比傳統的發電廠高出50%，前者的效率也高於後者，在形成一定規模時其成本還將會進一步下降，同時，隨著設計水平和所用材料的改進其效率也將會進一步提高。此外，由於捕獲得的二氧化碳可以被注入油田以提高石油產量，其廢棄物的市場前景也將逐步看好。

顯然，IGCC是一種成熟技術，所能帶來的益處也是顯著的，並且可以降低二氧化碳的排放。那麼，為什麼這種先進的技術不能夠被廣泛地採用呢？

霍華德·赫爾州戈是麻省理工學院的化工專家，他負責管理一個被稱為“碳捕獲專項行動”的工業財團。赫爾州戈認為：“技術本身並不是一個限制性因素，關鍵的因素是經濟方面的激勵”，“從技術的角度來看，我們可以很快實現這一目標。但如果政府不採取鼓勵性政策，在這方面將不會有太大的作為。”

捕獲碳的最終“命運”：不同的選擇方案

清潔煤技術關鍵的步驟是捕獲煤燃燒后釋放的二氧化碳。唯如此，才有可能阻止溫室氣體的排放。而妥善處理或利用那些捕獲的二氧化碳，則成為科學家、世界各大能源公司孜孜不倦地探索的另一個技術課題。

將二氧化碳注入地表之下已成為當今增加石油開採量的一種常用方法，但其主要目的並不是永久性地儲藏二氧化碳。因此，亟待解決的一個關鍵問題是：我們能否把二氧化碳安全地存儲在我們想存放的任何地方？

科學家認為，最安全的辦法是將捕獲的二氧化碳永久地存儲於地表之下的某一個地方。主要方案是將二氧化碳“注入”到地表之下並對其進行礦物化后再埋藏。這種方式的潛在威脅是，一旦這些二氧化碳最終通過其他途徑被排放到大氣層中，將會導致全球變暖進一步加劇。

另一個問題是，如果在努力降低二氧化碳排放量的同時，人類依然增加化石燃料的消費量，那麼減排的任務將會異常艱巨：這是因為對二氧化碳液化后再存儲的龐大投入，要相當於人類開採原始化石燃料的投入！

美國地質學家最近的一項研究成果，給人們提出了這方面的警示。50年前，為了增加石油產量，德克薩斯州一個古油井曾被注滿二氧化碳，並用水泥加固管道。不久前，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室地質學家喬治·古斯瑞獲得了其中一塊加固水泥，發現其中的一部分已經出現了斑點，科學家推斷這是由50年前存儲的二氧化碳和地下水混合后形成的碳酸腐蝕所致。這一結果提醒人們，海底存儲的二氧化碳可能會對起加固作用的水泥產生腐蝕，利用這種方法存儲的二氧化碳最終仍然有可能會被釋放到大氣層中。果真如此，削減二氧化碳排量所帶來的暫時性好處將會消失殆盡。

然而，多數人依然對這種方法保持謹慎的樂觀態度，認為人類已基本掌握了正確處理這一問題的大部分技術。截至目前，採用這種存儲方法，挪威國家石油公司和達科他煤氣化廠都已分別存儲了2000萬噸二氧化碳；阿爾及利亞的一個天然氣田也存儲了1700萬噸二氧化碳；荷蘭的一個項目則存儲了800萬噸二氧化碳。

聯合國政府間氣候變遷專家小組估計，採用適當的技術可以將所存儲二氧化碳總量的99%保留100年以上，隨著技術的進步，這一年限有可能增加到1000年。

除了對二氧化碳捕獲後進行存儲、出售給石油公司，用以增加石油產量之外，另外一種方案是利用二氧化碳生產甲醇，它是比氫氣更實用的燃料。

目前，人類已經吹響了向“氫能經濟”邁進的號角。但在這個過程中，除了氫氣生產之外，氫氣的輸送和儲藏都需要全新的設施，並且燃料電池技術也必須有實質性的進展。相比之下，“甲醇經濟”則相對容易實現。因為利用二氧化碳和氫氣生產的甲醇是一種液態能源形式，可以使用目前的設施來輸送甲醇，並且甲醇經過改進后就可以作為汽車燃燒使用。

美國南加州大學洛克爾碳氫研究所所長、諾貝爾化學獎獲得者喬治·奧拉赫教授是“甲醇經濟”的積極倡導者，他對此充滿信心。他說：“從以碳為基礎的經濟向‘氫能經濟’過渡是一種美好的設想，但真正實現這一目標並不容易，而我們擁有大量可以循環利用的二氧化碳。”

2008年中國的煤化工產業繼續有序發展，煤化工產業發展政策逐步完善，煤基甲醇和煤基二甲醚的試點應用取得可喜進展，產能得到進一步釋放，新型煤化工產品逐漸走向市場，並被市場接受。隨著金融危機影響的加劇，中國煤化工產業面臨成本壓力，行業發展趨緩。由於國家政策總體上仍支持煤化工發展，節能減排已是大勢所趨，故中國煤化工產業雖短期受困但前景仍十分可觀。

新型煤化工以生產潔凈能源和可替代石油化工的產品為主，如柴油、汽油、航空煤油、液化石油氣、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲醚）等，它與能源、化工技術結合，可形成煤炭——能源化工一體化的新興產業。煤炭能源化工產業將在中國能源的可持續利用中扮演重要的角色，是今後20年的重要發展方向，這對於中國減輕燃煤造成的環境污染、降低中國對進口石油的依賴均有著重大意義。可以說，煤化工行業在中國面臨著新的市場需求和發展機遇

2019年河北省唐山市在一個多月的時間裡也連續出現6位村民因一氧化碳中毒身亡事件。還有數十人因為同樣的原因被送往醫院搶救、治療。多位死者家屬介紹，死者生前都使用了當地政府推廣的“清潔煤”來取暖，並且在使用不久后就中毒身亡。當地村委會告知村民，出於環保的考慮，按照當地上級政府的部署和要求，不再允許村民使用散煤取暖，而是統一使用當地政府推廣的“清潔煤”取暖。

清潔煤利用技術主要包括兩個方面：

一是煤直接清潔利用技術。這是在直接燃燒情況下，通過採用相應的技術措施，實現煤的潔凈利用，如：

①燃燒前的凈化加工技術，主要是煤炭洗選、型煤加工和水煤漿製備技術。

②燃燒中的清潔燃燒技術，主要是循環流化床燃燒技術和先進煤粉燃燒技術。

③燃燒后的煙氣凈化處理技術，主要是消除煙塵和煙氣脫硫、脫氮、脫汞等技術。

二是煤轉化為潔凈燃料技術。主要是煤的氣化、液化技術以及煤氣化聯合循環發電技術。煤的氣化包括固定床氣化，典型的是lurgi氣化爐；流化床氣化，典型的是U-gas、灰融聚和恩德爐；氣流床氣化，典型的是德士古(GE)水煤漿氣化、殼牌乾粉氣化。大規模煤氣化的主流技術氣流床氣化，是純氧、高溫、加壓氣化，成為包括煤制清潔燃料在內的煤化工的技術龍頭。煤的液化包括直接液化和間接液化。間接液化是利用煤氣化產生的合成氣通過費托合成生產液體燃料甚至其他化工產品。近年來出現的煤制天然氣，由於甲烷的目標產品的需要，固定床lurgi氣化更具優勢。

清潔煤技術是當前國際上解決燃煤環境問題的主導技術之一，也是高技術國際競爭的重要領域之一。多年來，我國圍繞提高煤炭開發利用效率、減輕對環境污染進行了大量的研究開發和推廣工作，取得了舉世矚目的成就，躋身於國際前列。隨著國家宏觀發展戰略的轉變，清潔煤利用技術作為可持續發展和實現兩個根本轉變的戰略措施之一，得到了中央政府的大力支持。