89 能源短缺與空氣汙染,矛盾怎麼破

2022-12-23 17:24:04 字數 2606 閱讀 6847

主持人:李禾

嘉賓:金湧(中國工程院院士、清華大學化學工程系教授)王垚(清華大學化學工程系副教授)

■將新聞進行到底

近年來,我國頻繁出現的大面積空氣汙染成了**和市民心中揮之不去的陰影,也引起國際**的關注。2023年,我國按照環境空氣質素新標準開展監測的74個城市中,細顆粒物pm2.5年均濃度為72微克/立方公尺,超過35微克/立方公尺的二級標準1.

1倍,僅拉薩、海口、舟山3個城市達標,環境空氣質素不容樂觀,大氣汙染治理任重道遠。

機動車是空氣汙染的重要**,隨著我國家用轎車的快速發展,汽車產量和銷售量已達世界第一,交通能源問題也日益突出。如何一箭雙鵰地解決車用能源短缺與空氣汙染的矛盾?

改變思路使用新技術

科技**:近年來,造成我國近期大範圍空氣重度汙染的主要原因是什麼?

王垚:三大原因,一是工業汙染排放強度高、排放量大;二是城市汽車保有量逐年提公升,交通擁堵期間汽車長時間處於怠速狀態,加大了尾氣排放量;三是北方採暖的汙染排放量大。當高排放遇到氣象條件不利,靜風、逆溫現象增多,空氣流動性差,汙染物難以及時擴散,因此形成嚴重霧霾。

科技**:面對這麼嚴峻的大氣汙染形勢,必須節能減排,那麼該如何做好煤和油的文章?

金湧:首先應多買油、多買氣。我國的化石資源稟賦為「富煤、貧油、少氣」,煤佔化石資源總儲量的93%。

但是在石油、天然氣和煤這三種主要化石能源中,石油和天然氣更易於加工、利用,也是相對清潔的化石資源。

因此,在合理的**體系及相對和平的國際形勢下,如果我國通過多種渠道深度合作,積極擴大國外石油、天然氣的穩定**,多留一些自有資源給下一代,將是功在千秋、惠及子孫的方針。根據工程院報告**,到2023年我國石油**的缺口可能在6000—7000萬噸/年以上。由於頁岩氣、緻密氣的大量開發利用,國際上目前對我國增加購買石油、天然氣並沒有異議,但是如果我國大量不理智地消費煤炭,採用煤製油路線填補6000—7000萬噸石油缺口,則要多排近10億噸二氧化碳。

王垚:大量增加二氧化碳排放,國際社會有強烈的批評聲音。權衡利弊,與其大量用煤,不如買油、買氣更清潔。

目前,我國的石油對外依存度已接近60%。在確定了市場經濟應成為主導的政策後,關於對外依存度上限問題可以再思考。

金湧:還要煉好油,多出油。石油主要用於生產汽油、煤油、柴油等液體燃料。

2023年我國生產了2.82億噸成品油,有1.2億噸重質油原料是通過延遲焦化工藝獲得車用輕質油產品的,因而副產了數千萬噸石油焦(基本與煤同質)。

一方面計畫用數千億元的投資建設煤製油裝置,另一方面又把重油變成數千萬噸石油焦,這簡直是乙個悖論。加氫裂化途徑在國際上被廣為採用,尤其適合於我國的重質油加工,可大大提高能源利用率。

如果通過煤炭生產氫氣,該能源轉化效率70%以上。用氫氣為重質油加氫,通過加氫裂化技術替代延遲焦化,僅此一項每年可多產出兩千萬噸的成品油,遠比增加兩千萬噸煤製油產能更合理。所以國家應鼓勵石化企業發展煤製氫及重油加氫路線。

金湧:還可新增醇醚,即低碳含氧燃料。柴油機功率大,多採用柴油車有助於提高能源利用效率已成為共識。

但柴油車由於氣缸內燃燒不完全,排出的細炭粒和未燃盡重質油蒸汽多,是城市灰霾的重要成分。

人們發現,含氧碳氫化合物燃燒完全,排氣汙染少,適於用作清潔燃料。含氧化合物摻用燃料,可以促進烴類車用燃料燃燒,降低環境汙染。如果在柴油中新增如聚甲氧基二甲醚dmm3—8等含氧化合物,還可促進柴油在氣缸內完全燃燒而減少汙染。

由於合成聚甲氧基二甲醚時,消耗的煤炭量顯著比煤製油少,因此生產中排放二氧化碳少,能源效率高,特別適合在高寒缺氧的高原地區使用。如果採用二甲醚部分替代柴油機燃料,則不但合成時煤炭消耗約為煤製油工藝的50%,由於自身含氧,氣缸內無需吸入大量低溫空氣(其中79%是不參與燃燒過程的氮氣)。每噸二甲醚開車里程數與柴油相同,十六烷值比柴油還高,成品油替代量的潛在能力更大,更重要的是完全沒有細炭粒和重焦油蒸汽產生,對改善空氣質素,有更大貢獻。

如果以新增低碳含氧燃料量為15%—30%計算,則可以分別替代三千萬噸以上的成品油;遠景可替代數千萬噸的成品油。與此類似,甲醇汽油也有促進完全燃燒、降低空氣汙染的功效。多年來,山西、上海等許多地方積極推動甲醇汽油,甲醇新增比例14%—85%,已有很好試用效果。

含氧化合物液體燃料多年來推進遲緩。隨著環保呼聲日益增大,推廣含氧化合物液體燃料一方面可以比煤製油節省數億噸/年煤耗,十幾億噸二氧化碳排放,另一方面可成為消除霾的有力措施。

發展電動汽車開放加油站經營權

科技**:除了油外,還應如何推進機動車汙染減排?

金湧:大力發展電動汽車。國際上的共識是交通工具採用直插式電動車最節能,而且汙染完全可以集中治理。

以煤超超臨界發電用於驅動電動車為例,煤電轉換效率可達45%,按電動機的電機效率75%估算,煤經電到驅動車輪的總能量轉換效率約為34%。對比煤製油的能量轉化效率為35%,汽油機的能量效率為25%,煤經合成油驅動燃油車的總能量轉換效率只有9%。因此煤的最合理的利用還要回歸發電。

王垚:煤炭的合理利用是交通能源高效利用和減少二氧化碳排放、防止霧霾等環境問題的關鍵。如果放開汽車加油站銷售渠道的壟斷,煤炭企業會選擇含氧液體燃料、煤電這樣的高能效、低投資、低汙染途徑,為減少灰霾做出貢獻。

如果煤化工企業有實實在在的經營銷售決策權,在加油站銷售甲醇汽油、二甲醚燃料、含氧新增劑柴油、生物柴油,甚至在加油站設電動車充電裝置變得可行。這樣不但我國巨大的石油缺口可以得到補足,煤耗和二氧化碳排放可以大幅降低,城市霧霾也可以顯著緩解。通過制度改革和技術創新,完全可以走出一條符合國情的雙贏道路,解決我國城市交通能源和汙染問題。

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