煤炭在霧霾污染頻繁的環(huán)境下如何救贖
隨著霧霾天氣發(fā)生頻率增多，對(duì)霧霾的成因也出現(xiàn)多種解讀，有代表性觀點(diǎn)指出，以煤為主的能源結(jié)構(gòu)是造成霧霾的主因之一。據(jù)英國(guó)石油公司2013年6月統(tǒng)計(jì)，2012年，中國(guó)煤炭產(chǎn)量為18250億立方米，占世界煤炭產(chǎn)量38453億立方米的47.5%，煤炭消費(fèi)量為18733億立方米，占世界煤炭消費(fèi)量37301億立方米的50.2%。因此專家認(rèn)為，減少煤炭消費(fèi)，有效開(kāi)發(fā)、合理利用煤資源是減輕霧霾的重要措施。
煤炭的使命還將延續(xù)
人類利用能源大致經(jīng)歷了柴草、煤炭和石油三個(gè)時(shí)期。第一次技術(shù)革命和工業(yè)革命后，擴(kuò)大了對(duì)煤炭的需求，到1830年，煤炭成為主要能源。1960年時(shí)，石油消耗量已占世界能源消耗量的60%，超過(guò)了煤資源消耗量，成為世界主要能源，但是，煤炭仍扮演著重要能源角色。國(guó)際能源署執(zhí)行干事瑪麗亞·范德胡芬預(yù)測(cè)，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)將繼續(xù)推高煤炭在全球能源結(jié)構(gòu)中所占份額。“如果當(dāng)前的政策不變，煤炭將在10年內(nèi)超過(guò)石油。”
工業(yè)化增加了對(duì)煤資源的需求，200多年來(lái)人類已消費(fèi)大量煤資源，但迄今地下仍蘊(yùn)藏豐富的煤資源。從17世紀(jì)到1830年，世界科學(xué)技術(shù)中心由意大利轉(zhuǎn)到英國(guó)，在那里發(fā)生了人類歷史上前所未有的科學(xué)革命、技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)革命。工廠的機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)、商船和軍艦的海外擴(kuò)張，主要以煤為燃料和動(dòng)力。1870年，英國(guó)的采煤量占世界采煤總量的51.5%。20世紀(jì)60年代初，世界石油消費(fèi)量超過(guò)煤消費(fèi)量，但幾十年來(lái)煤仍是重要能源之一。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年世界一次能源消費(fèi)中，石油占33.1%、天然氣占23.9%、煤占29.9%；其中中國(guó)三者占比分別為17.7%、4.7%和68.5%；美國(guó)三者占比分另類37.1%、29.6%和19.8%；俄羅斯三者占比分別為20%、51.1%和17.5%；日本三者占比分別為45.6%、22%和26%；德國(guó)三者占比分別為35.8%、21.7%和25.4%；英國(guó)三者占比分別為33.6%、34.6%和19.2%。國(guó)際能源署預(yù)測(cè)，到2017年，世界石油消費(fèi)量將達(dá)到44億噸，而煤炭消費(fèi)量將相當(dāng)于43.2億噸石油。美國(guó)能源信息署預(yù)測(cè)：“2030年前，隨著中國(guó)和俄羅斯等國(guó)家煤炭消費(fèi)量增加以及經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織國(guó)家石油需求減少，世界煤炭消費(fèi)將再次超過(guò)石油消費(fèi)。”
世界經(jīng)濟(jì)年均增長(zhǎng)率從公元1000年到1820年為0.2%，19世紀(jì)為1%，20世紀(jì)為3%，僅20世紀(jì)世界已消費(fèi)2650億噸煤。雖然經(jīng)過(guò)200多年的大規(guī)模開(kāi)采，地下仍蘊(yùn)藏著大量煤資源。一些研究機(jī)構(gòu)估計(jì)，煤資源儲(chǔ)量(折算標(biāo)油)是石油儲(chǔ)量的3.76倍，煤資源儲(chǔ)采比是石油儲(chǔ)采比的5.62倍。據(jù)英國(guó)石油公司2011年發(fā)布的世界能源報(bào)告統(tǒng)計(jì)，世界煤資源剩余可采蘊(yùn)藏量從1978年6364億噸增至2011年底的8690億噸。隨著技術(shù)勘探水平的提高，探明可采煤資源蘊(yùn)藏量可能繼續(xù)增加。有專家估計(jì)，僅北極地區(qū)就蘊(yùn)藏著一萬(wàn)億噸煤資源。全球煤資源仍很豐富，在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)煤仍將是重要能源之一。
煤化學(xué)工業(yè)的影響
1830年，英國(guó)產(chǎn)業(yè)革命達(dá)到高潮，德國(guó)還是個(gè)落后農(nóng)業(yè)國(guó)。1871年德國(guó)統(tǒng)一，工業(yè)化比英國(guó)晚了一個(gè)半世紀(jì)。但是，通過(guò)煤化學(xué)工業(yè)技術(shù)革命，德國(guó)僅用40多年時(shí)間就實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，超過(guò)英國(guó)成為歐洲第一經(jīng)濟(jì)大國(guó)。煤化學(xué)工業(yè)技術(shù)革命引領(lǐng)人類進(jìn)入“化學(xué)合成時(shí)代”、人工制品的新世界。
20世紀(jì)30年代前的半個(gè)多世紀(jì)，德國(guó)主要依靠煤資源取得令人矚目的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。30年代后期，煤在美國(guó)能源消費(fèi)中占50%，而在德國(guó)這一比例仍高達(dá)90%。德國(guó)科研人員在第一次世界大戰(zhàn)前已開(kāi)始研究從煤中提煉合成燃料。1913年，德國(guó)化學(xué)家弗里德里克·伯吉尤斯以氫化法首次從煤中提煉出了一種高質(zhì)量的液體燃料。10年之后，又有另一種提煉方法問(wèn)世，其原理是用蒸汽將煤分子分解為氫原子和一氧化碳，經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成人造燃料。伯吉尤斯的高溫高壓催化劑方法在兩者中居優(yōu)，可用來(lái)生產(chǎn)高級(jí)航空汽油。1931年，伯吉尤斯與在發(fā)展高壓化學(xué)方面取得重要成就的法本公司董事長(zhǎng)卡爾·博施共同獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
德國(guó)化學(xué)聯(lián)合企業(yè)J.G。法本公司在1926年購(gòu)得伯吉尤斯的高溫高壓催化劑方法專利，并得到國(guó)家社會(huì)黨黨首希特勒的支持。1933年，希特勒擔(dān)任德國(guó)總理，迫不及待地推行被他稱作“德國(guó)汽車交通史的轉(zhuǎn)折點(diǎn)”的汽車計(jì)劃，高速公路很快遍布全國(guó)。1934年，德國(guó)開(kāi)始研發(fā)一種新型汽車———“大眾”汽車。德國(guó)缺少石油資源，法本公司從事的人造汽油生產(chǎn)就顯得至關(guān)重要。
第二次世界大戰(zhàn)，德軍大批飛機(jī)、坦克和汽車主要是靠合成燃料驅(qū)動(dòng)的。當(dāng)時(shí)德國(guó)境內(nèi)已有14座合成燃料廠開(kāi)工，還有6個(gè)工廠在施工。到1940年，合成燃料產(chǎn)量達(dá)到日產(chǎn)7.2萬(wàn)桶，等于德國(guó)全部汽油供應(yīng)的46%，合成燃料相當(dāng)于德軍所需全部航空汽油的95%。到1942年，合成燃料工業(yè)在新的生產(chǎn)技術(shù)、高級(jí)催化劑、高質(zhì)產(chǎn)品以及對(duì)多種煤的應(yīng)用方面取得了重大進(jìn)展，從1940年到1943年，德國(guó)的合成燃料產(chǎn)量從每天7.2萬(wàn)桶增至12.4萬(wàn)桶。到1944年第1季度，合成燃料已占德國(guó)油料供應(yīng)的57%和航空汽油供應(yīng)的92%。
1949年5月12日，由935架轟炸和護(hù)航戰(zhàn)斗機(jī)組成的盟軍空軍聯(lián)隊(duì)轟炸了德國(guó)的合成燃料工廠。盟軍對(duì)德國(guó)合成燃料工廠連續(xù)不斷的轟炸，到9月德國(guó)合成燃料產(chǎn)量從平均每天9.2萬(wàn)桶降至5000桶。同時(shí)，在盟軍的打擊下，德國(guó)從外部得到的石油也越來(lái)越少。到1945年2月，德國(guó)的航空汽油產(chǎn)量只有1000噸，相當(dāng)于1944年1至4月產(chǎn)量的0.5%，2月以后，合成燃料生產(chǎn)全部停止。德國(guó)新發(fā)明的噴氣戰(zhàn)斗機(jī)因無(wú)油而不能起飛。從某種意義上說(shuō)，二戰(zhàn)時(shí)德國(guó)法西斯從瘋狂擴(kuò)大侵略到再次失敗的原因之一，是汽油供不應(yīng)求，德軍飛機(jī)、坦克和汽車難以運(yùn)行。
改變煤資源回收窘境
中國(guó)煤資源蘊(yùn)藏豐富，總量5.9萬(wàn)億噸，預(yù)測(cè)垂深1000米以淺的遠(yuǎn)景資源總量為28600億噸，其中：累計(jì)查明資源蘊(yùn)藏量為10660億噸，預(yù)測(cè)未查明遠(yuǎn)景資源為17940億噸，查明程度為37%。煤資源是非再生能源，越開(kāi)發(fā)越減少，因此，必須有效開(kāi)發(fā)和利用。
美國(guó)、澳大利亞、德國(guó)等國(guó)家的煤資源回收率高達(dá)80%以上，而中國(guó)煤資源回收率為30%左右，即開(kāi)采一噸煤幾乎丟掉兩噸煤。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1949年到2003年，中國(guó)累計(jì)采煤350億噸，而煤資源消耗量卻超過(guò)1000億噸，回收率不到30%，相當(dāng)于50年間浪費(fèi)了六個(gè)百億噸的大煤田。未被回收的70%煤資源中相當(dāng)一部分因自燃而消失，還可能造成地質(zhì)災(zāi)害。
中國(guó)煤資源回收率低的主要原因是，大量小企業(yè)無(wú)序開(kāi)發(fā)、開(kāi)采方法落后和宏觀管理不到位《煤炭工業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》提出，到2015年，中國(guó)煤資源開(kāi)采能力為41億噸，產(chǎn)量控制在39億噸。2012年5月底，四川大學(xué)校長(zhǎng)謝和平在接受媒體采訪時(shí)介紹，由中國(guó)工程院承擔(dān)的一項(xiàng)最新研究成果顯示，目前中國(guó)煤炭綜合考慮生產(chǎn)安全度、綠色開(kāi)采度和機(jī)械化程度三類因素下的科學(xué)產(chǎn)能為11.1億噸，僅占全國(guó)煤產(chǎn)量的1/3。他呼吁，中國(guó)煤炭行業(yè)亟待提高開(kāi)采質(zhì)量，提高“科學(xué)產(chǎn)能”勢(shì)在必行。
2013年5月，新華社記者呂曉宇在報(bào)道中介紹了中國(guó)煤資源儲(chǔ)量多、采煤大省山西的“黑色產(chǎn)業(yè)”之變。山西省“煤焦冶電”四大傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)增加值占全省工業(yè)增加值的80%以上，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量殲石、煤泥等廢棄物對(duì)環(huán)境造成影響。同時(shí)，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)副產(chǎn)品多、可利用價(jià)值高、產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，僅每年采煤就排出五億多噸礦井水、一億多噸煤殲石和3000多萬(wàn)噸粉煤灰等附產(chǎn)品。山西省是全國(guó)最大的焦炭生產(chǎn)基地，每煉一噸焦炭可產(chǎn)生400標(biāo)準(zhǔn)立方米焦?fàn)t煤氣，其中僅200標(biāo)準(zhǔn)立方米回爐，另外200標(biāo)準(zhǔn)立方米直接燃燒排空，俗稱“點(diǎn)天燈”。
據(jù)新華社記者呂夢(mèng)琦2014年1月的報(bào)道，山西省焦?fàn)t煤氣的回收利用率已達(dá)100%，不僅大大減輕了空氣污染，而且取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。把煤及其附產(chǎn)品有效利用，實(shí)現(xiàn)煤電化、煤焦化、煤氣化和煤液化等“鏈條式”發(fā)展，潛力巨大。據(jù)山西省發(fā)改委主任王賦介紹，山西選擇了循環(huán)經(jīng)濟(jì)路徑，讓過(guò)“重”的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)“輕”起來(lái)，讓偏“黑”的產(chǎn)業(yè)形態(tài)“綠”起來(lái)。煤資源的有效開(kāi)發(fā)和利用對(duì)實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)至關(guān)重要。為了改變“多小散亂”的煤炭產(chǎn)業(yè)格局，2009年山西率先掀起煤資源“整合風(fēng)暴”，2011年5月，山西省關(guān)閉所有整合礦井，開(kāi)始全面建設(shè)現(xiàn)代化礦井。兩年來(lái)，山西出臺(tái)六個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)，率先建立了煤炭工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，在完成機(jī)械化建設(shè)的基礎(chǔ)上，進(jìn)入了煤礦現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展新時(shí)期。到2015年底，全國(guó)還將關(guān)停2000處以上小煤礦，提高煤企生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)水平，營(yíng)造煤企良好發(fā)展環(huán)境。
研發(fā)煤清潔利用技術(shù)
煤層氣是可用于工業(yè)、汽車和居民生活等多領(lǐng)域的清潔能源。用煤層氣做燃料驅(qū)動(dòng)汽車能夠使二氧化碳減少24%，二氧化硫減少90%，而且不含鉛苯等有毒物質(zhì)。一直以來(lái)，煤層氣和焦?fàn)t煤氣大量浪費(fèi)。據(jù)專家保守估算，2004年我國(guó)煤礦通風(fēng)瓦斯排放量達(dá)140億立方米，超過(guò)“西氣東輸”一年120億立方米的輸氣量。我國(guó)煤焦每年產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣大量空排。據(jù)測(cè)算，我國(guó)每年浪費(fèi)掉的燃?xì)鈿怏w所含能量相當(dāng)于八個(gè)“西氣東輸”的年輸氣量。
“十一五”期間，我國(guó)施工各類煤層氣井4700余口，建設(shè)產(chǎn)能31億立方米。2011年煤層氣產(chǎn)達(dá)到106.11億立方米，形成我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)商業(yè)化、規(guī)模化的初期階段。國(guó)家發(fā)改委印發(fā)的《煤層氣(煤礦瓦斯)開(kāi)發(fā)利用“十二五”規(guī)劃》提出，到2015年實(shí)現(xiàn)煤層氣(煤礦瓦斯)產(chǎn)量300億立方米。“十三五”期間，煤層氣年產(chǎn)量有望達(dá)到500億至600億立方米。
1996年3月，國(guó)務(wù)院批復(fù)成立中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，2003年起與美國(guó)格瑞克能源公司合作開(kāi)發(fā)山西沁水盆地南部的柿莊南項(xiàng)目，合同區(qū)面積455.286平方公里，已探明煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量137.87億立方米。中聯(lián)煤層氣公司與美國(guó)薩摩亞—美中能源公司合作開(kāi)發(fā)的潘莊項(xiàng)目面積150.8平方公里。2006年，美中公司采用國(guó)際上先進(jìn)的多分支水平鉆井技術(shù)，獲得三萬(wàn)立方米的日產(chǎn)量。2009年4月7日，國(guó)資委發(fā)文批準(zhǔn)將中聯(lián)煤層氣公司部分區(qū)塊和資產(chǎn)有償轉(zhuǎn)讓給中石油，從實(shí)質(zhì)操作層面打破了中聯(lián)煤層氣公司獨(dú)家煤層氣對(duì)外專營(yíng)權(quán)，中石油、中石化和一些地方煤層氣公司也介入煤層氣領(lǐng)域。據(jù)《中國(guó)石油石化》雜志2010年12月報(bào)道，中石油可供煤層氣開(kāi)發(fā)的面積已達(dá)16.1萬(wàn)平方千米，擁有煤層氣資源約16.48萬(wàn)億立方米，占全國(guó)登記區(qū)塊資源總量的69.6%。
迄今中國(guó)和美國(guó)等煤資源儲(chǔ)量較多的國(guó)家仍主要是燃煤發(fā)電，造成大量二氧化碳排放。早在20世紀(jì)初，德國(guó)已成功開(kāi)發(fā)出煤制油技術(shù)，1943年德國(guó)煤制油產(chǎn)量達(dá)到約600萬(wàn)噸。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，隨著石油和天然氣產(chǎn)量不斷增加和油氣價(jià)格低廉，只有南非仍有年產(chǎn)800萬(wàn)噸的煤制油企業(yè)。自20世紀(jì)70年代起，油氣價(jià)格大幅度上漲“塵封了數(shù)十年的煤制油業(yè)又被一些國(guó)家和企業(yè)提上議事日程”。美國(guó)、法國(guó)和意大利都開(kāi)始研發(fā)煤清潔利用技術(shù)。
中國(guó)煤制油熱始于2004年，主要產(chǎn)煤區(qū)除內(nèi)蒙古、云南、黑龍江、陜西列入國(guó)家“十五”計(jì)劃外，山西、山東、甘肅、貴州、安徽、河南和新疆以及一些大型煤企集團(tuán)都在謀劃上馬“煤制油”項(xiàng)目。國(guó)家發(fā)改委于2006年7月、9月和2008年10月下發(fā)“通知”叫停煤制油項(xiàng)目。但是，一些大型煤企集團(tuán)的煤制油仍在發(fā)展。
自1958年起，我國(guó)開(kāi)始進(jìn)行自然條件下煤炭地下氣化試驗(yàn)，1980年后初步實(shí)現(xiàn)了地下氣化從試驗(yàn)到應(yīng)用的突破。在山西，煤層氣、天然氣、焦?fàn)t煤氣、煤制天然氣簡(jiǎn)稱“四氣”。山西省煤層氣行業(yè)協(xié)會(huì)2008年數(shù)據(jù)顯示，山西僅廢棄礦井煤資源多達(dá)近400億噸，并以每年六億噸繼續(xù)增加。如果進(jìn)行地下氣化每噸煤資源可產(chǎn)生燃煤氣4000立方米，按地下氣化每年一億噸計(jì)，山西廢棄煤資源至少可氣化500年。
無(wú)論煤制油還是煤制氣，均要有宏觀規(guī)劃和長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略。2013年11月《中國(guó)石油石化》雜志刊登能源專家馮躍威題為《去煤炭化不是救命稻草》的文章介紹：在煤制氣中，一噸煤僅能生產(chǎn)1110立方米天然氣，卻要耗六噸水，排放的二氧化碳是傳統(tǒng)天然氣工廠的七倍；在煤制油中，轉(zhuǎn)化一噸燃油需耗四噸煤10噸水，而每三噸煤就排放一噸污水，排放二氧化碳量是原油精煉的7―10倍。因此，要加強(qiáng)研發(fā)煤清潔利用技術(shù)，無(wú)論煤制油還是煤制氣，都要綜合權(quán)衡利弊，有序進(jìn)行。
持之以恒地厲行節(jié)約
2012年，中國(guó)GDP占世界GDP的11.5%，能源消費(fèi)占20%，鋼鐵消費(fèi)占43%。中國(guó)萬(wàn)元GDP能耗為0.697噸標(biāo)煤，相當(dāng)于世界平均水平的1.8倍、美國(guó)的2.2倍、歐盟的3.1倍和日本的3.8倍。
2012年10月，中國(guó)能源研究會(huì)常務(wù)副理事長(zhǎng)周大地接受媒體采訪時(shí)指出，按照能源需求年均增長(zhǎng)7%計(jì)算，2020年中國(guó)需要56億噸標(biāo)煤，2025年需要近90億噸標(biāo)煤。國(guó)土資源部總工程師鐘自然2013年5月指出，按年均4.5%增速計(jì)算，未來(lái)20年中國(guó)需要煤炭826億噸，石油120億噸，天然氣5.8萬(wàn)億立方米。
按照這樣的能源需求增速持續(xù)下去，中國(guó)有多少資源？能不能確保能源安全？怎樣保護(hù)我們的大氣環(huán)境持續(xù)綠色？……因此，我們必須采取有效措施，一方面，加快調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)變發(fā)展方式；另一方面，要采取有效措施和鼓勵(lì)全民節(jié)約能源，有效開(kāi)發(fā)利用能源，實(shí)現(xiàn)人與資源、人與環(huán)境協(xié)調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。
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