“双碳”形势下煤炭工业未来发展的思考

阮立军

(中国煤炭加工利用协会，北京 100013)

自“双碳”目标提出以后，大量发展新能源和减少煤炭消费量成为热点话题，但随着国民经济的增长，能源总体消费也必然增长，中央经济工作会议提出，实现碳达峰、碳中和是推动高质量发展的内在要求，要立足以煤为主的基本国情，抓好煤炭清洁高效利用。因此，煤炭工业既任重道远，又挑战与机遇并存。

1 碳达峰目标下煤炭消费量的预计

按照碳达峰目标：到2030年，我国单位国内生产总值CO2排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，森林蓄积量将比2005年增加60 亿m3，风电、太阳能发电总装机容量将达到12 亿kW以上。据此要求，在非化石能源占比25%的情况下，设置不同一次能源消费总量，可得出不同的煤炭消费量，如表1所示。

由表1中的数据可以看出，2030年煤炭消费总量变化不会很大，不应该有数量级的下降。

1 决定煤炭行业未来的是技术进步发展

物质决定意识，客观决定主观。目前主要实施的包括煤控、严格环保，乃至“双碳”目标，其实都是主观决策因素，其实施的结果必然有赖和受制于客观现实因素。在没有大量、清洁、低廉新能源的情况下，煤炭和煤炭工业不仅不会消亡，甚至还很难被大量替代。

决定煤炭工业存在、发展以致消亡的并不是政策类的主观因素，而是客观因素的技术进步。人类经济与工业的发展其实就是新技术和新产业出现、旧技术旧产业消亡的过程。

替代煤炭的任何能源都必须具备量大、便宜、环保等基本条件。目前我国每年煤炭的消费量在40 亿t左右，热值比价相对很低，通过超低排放治理已相当清洁。

表1 2030年煤炭消费量预计

而其它能源形式，都各有自身的问题与局限。国内水电已接近天花板，除青藏高原及雅鲁藏布江流域外，其它流域的潜能已开发殆尽，基本没有发展空间。风能和太阳能受风场和地域所限，也并非有无限产量，同时由于输出电力的不稳定性，受并网技术约束，难以随时大规模入网。而从全生命周期看，其也很难称为完全清洁和环保，很快即将面临的废弃设备若无妥善处理问题，几可造成巨大环境影响。目前的核裂变发电，受铀原料和选址所限，总量和规模都不可能成为主流。

因此，目前相对成熟、有可能替代煤炭的非化石能源，受技术和条件的制约，很难在总量、经济、环保等方面同时满足，短期内替代性并不大。长期来看，除非有技术上的颠覆性突破，否则很难彻底和完全替代煤炭。

2 真正能完全替代煤炭的是可控核聚变

目前煤炭的两大主要用途是燃料和原料，在电力行业就是把热能转化成电能，在冶金行业主要是作热源、还原剂、骨架支撑作用，在煤化工行业主要是通过气化转化为碳和氢再进行后续化学反应，其它工业与民用主要就是锅炉和取暖。

当可控核聚变产业化之后，由于海水中存在大量的原料氘和氚，其供应量足够巨大，成本也将足够低廉，还没有废料产生，足够环保。这样核聚变发电将完全取代煤电，动力煤将不再需要。低廉的电力使得电解水制氢完全产业化，电解水制氢同时还得到氧，这样不仅使煤化工中的氢不再需要从煤中获取，还节省了巨大的空分投资；而地表上的碳很多，也不必再使用高成本的煤来获取碳。冶金行业也将使用廉价的氢作为还原剂，而焦炭的热源和支持作用很容易被其它技术替代，焦煤也将不再需要。至于锅炉和取暖则完全可以使用便宜和清洁的电。

当然，煤炭作为一种包含数百种成分的矿产品，其某些特殊的成分和组分还会有其应用，但消费量不会很大。也就是说，煤炭除了在个别领域还能有少量市场外，原来作为主要工业产业之一，很有可能将不复存在。

3 煤炭行业转型绝非易事

煤炭行业目前最大的优势，也是未来最大的劣势，就是煤炭作为产品过于单一，且产量实在巨大，其销售收入更是占绝对大数。

从煤炭全产业链(图1)可见，虽然看似煤炭可衍生的产品和产业很多，但由于煤炭本身生产量巨大，其它产品无论是一种还是多种都难以替补其销售收入和利润。

煤炭企业和工业能否重生，本质是能否找到新的产品出路和产业发展方向，其前提是减少或完全不依赖于煤炭。

4 扩展煤炭原料化利用并不容易

煤炭除了作为燃料，其原料化应用目前主要就是煤化工和分质利用，但尚有很多技术和市场的问题需要从根本上解决。

煤化工，特别是现代煤化工，就是利用我国富煤的资源优势，减少油气对外依存度，在保障国家能源安全的同时，拓展煤炭应用领域。其当初发展的出发点并无问题，但当前产业发展却迟滞不前，最大的问题和挑战就是经济性与碳排放。

目前已建成项目除制烯烃外，几乎都缺乏经济效益。表面上看这是由于国际油价低迷，而国内煤价高企，但本质的问题是其工艺路线和技术特性决定的。一是先要将煤通过气化工艺转变成为一氧化碳和氢气，其气化设备投资大、能耗高；二是由于煤中的碳氢比太低，要通过变换工艺增加氢，其不仅要增加投资和能耗，还要产生大量的二氧化碳；三是后续还要经过一系列复杂的化合反应，需要大投资的设备、高能耗、催化剂等；除此之外，其三废处理也成本高昂。这样相对于石化产品，现代煤化工项目整体投资过大，投资回报周期过长，运行成本过高，使得产品与国内外的石化产品相比没有竞争力。

图1 煤炭全产业链示意

现代煤化工作为新兴产业，还未成熟产业化，又面临“双碳”的压力，发展困难。但作为产业经济，只能靠市场竞争立身，而不能寄希望于国家政策的扶持。

煤化工产业要想生存乃至发展，必须在技术上进行大的突破：一是利用绿电制氢和氧，这样可省去变换与空分成本；二是利用CO2替代CO作为原料进行生产，省去碳中和的成本；三是开发类似直接液化的“一步法”工艺用于制气、制烯烃、制乙二醇等，省去气化、变换、合成等的成本。

而煤炭的分质利用目前也存在诸多问题。技术上一是单系列百万吨级技术尚未突破；二是油气粉尘难以有效分离；三是废水成分非常复杂，很难处理。而最大的问题是半焦的销路，以兰炭为代表的产业，早已供大于求；而在清洁取暖、发电、气化等方面的所谓拓展应用，在技术和经济上都有局限。如果半焦没有新的更广阔的市场领域，即使将来所有的技术问题都能解决，经济性也难以保证，产业的发展更难升越。

任何产业的发展一定都是依赖技术的进步，但技术进步需要大量投入和时间。在碳达峰与碳中和明确的目标和时间表下，再进行如此大规模的基础研发与示范实施，是否还来得及，行业内外是否还有积极性值得人们深思。

5 结 语

抓住过度阶段。目前可控核聚变尚处于实验阶段，从海水中提取氘和氚的研究似乎还未开始，因此留给煤炭工业转型和过渡的时间应该还是足够的。而碳中和是把排放的碳通过各种方法中和，而不是必须碳减少或零排放。

5.1 基于煤炭自身的多用途发展

自古以来煤炭就作为燃料，因此，行业内外都忽视了其中更多成分的开发与利用，更没有未雨绸缪的忧患意识。特别是用于煤电的比例过大，而煤炭行业以往也是理所当然地依赖于此。煤炭作为一种多成分的矿物质，煤炭工业应立即开始充分挖掘其中和其它成分的潜在价值，争取开发出更多的应用领域，总体提高产品的附加值。

5.2 基于能源产品的多元化发展

煤炭工业作为当前能源工业重要的组成，其转型自然先在熟悉的领域找机会，可耦合新能源和其它能源相关产业，将基于煤炭为主体的多元化能源企业作为愿景。

5.3 基于企业特点的多方向发展

由于各煤炭企业所处地区、自身历史、人员技术等情况各不相同，就长远而言全行业很难统一规划。但目前所及尚不能看到可以完全替代煤炭的盈利产品，所以多元化、多产业、多领域发展是必然之路。