减排降碳多管齐下探新路 新技术助力能源更清洁更低碳

发布时间:2022-12-05    来源:本站

减排降碳多管齐下探新路

  新技术助力能源更清洁更低碳(科技创新助力“双碳”②)

  碳中和,是指人类活动排放的二氧化碳被人为作用和自然过程所吸收。研究显示,当前全球每年排放约400亿吨二氧化碳,其中14%来自土地利用,86%源于化石燃料利用。这意味着,实现碳中和,必须变革以化石能源为主导的能源体系,构建以风、光、水、核等为主体的非碳能源新结构。

  碳中和硬约束下,并非摒弃化石能源。为降低化石能源使用过程中的碳排放,科研人员正在探索清洁化利用技术。同时,在交通、工业等领域,研究用氢能、电能等替代化石能源,多管齐下,支撑减排降碳。

  化石能源清洁利用

  既获得化学品,又尽量少排放二氧化碳

  据统计,我国一次能源消费中,非碳能源只占15%,另外85%主要是煤、油、气。其中,煤炭在一次能源消费中占比接近60%。

  近年来,煤炭占我国一次能源消费的比重持续下降,但未来一段时间内,煤炭在能源结构中依旧重要。在此情况下,有必要研究煤炭清洁利用,减少二氧化碳排放,煤化工被认为是一条路径。

  中科院院士、中国科技大学校长包信和介绍,现阶段,我国煤炭有两种主流利用方式,一是大量作为能源,直接燃烧发电;二是作为原料,通过煤化工等手段,制备化学品。我国对化学品需求量很大,又不可能像国外一样,完全依赖石油化工来生产,因此,利用煤炭转化制备化学品比较现实、可靠。

  以煤为原料制备化学品,离不开碳、氢、氧三个元素的反应变换。因此,煤的结构及反应过程,决定其燃烧一定会产生二氧化碳。据测算,燃烧1吨煤大约排放3吨二氧化碳,且煤化工项目往往又是用水大户,煤气化、合成及后续产品纯化、分离等环节,均离不开水。

  有没有一种方法,既能实现煤转化的目的,又不用排放大量二氧化碳?朝着这个方向,科学家正在探索新的化学反应方式。

  包信和解释,石油化工通过催化、蒸馏、裂解等方式,把大分子变成小分子,从而得到烯烃、芳烃等产品。这一过程就不需要很多水,也不会过多排放二氧化碳,即可将油分子“吃干榨净”。从分子式结构来看,煤和油的差别不大,区别主要在反应过程。如果能换一种方式实现煤转化,即将煤中的大分子像石油炼制一样直接“剪开”,也可以在少用水、少排放碳的同时,拿到所需的产品。

  化石能源对一个国家来说,是珍贵的资源,但直接燃烧,二氧化碳的排放量比较大。科学家正在努力,把化石能源更多当原材料来利用,从而加工成产品。

  比如,“吃干榨净”石油,科研人员创新了比较精准的炼油方法,一些“分子炼油”技术大大提高了石油资源的利用效率。有专家设想,未来80%的原油可以变成烯烃、芳烃,进而生产合成塑料、橡胶、纤维等材料,作为工业生产化学原料,减少石油的直接燃烧。

  推动氢能规模应用

  研究高效、便利、低成本获取“绿氢”的途径

  “精准剪接”煤分子,完成煤炭清洁利用,实现这一构想离不开先进、高效的催化剂,同时还要摒弃传统的氧助气化过程,有“绿氢”的帮助才能做到。

  氢气在自然界不存在,需要人工获取,还要储存、转换和应用。所谓“绿氢”,是指通过风能、光能等可再生能源发电,再用清洁的电力分解水制备出的氢气。这被认为是未来获取氢能的主要方式。但电解水制氢的成本比较高,全球每年消耗的5000万吨左右氢气中,仅有4%来自电解水,而且所用电能也非全部来自可再生能源。大多数氢气来自化石能源,其中又以煤制氢价格最便宜。但以煤制氢,又免不了排放二氧化碳。

  科研人员正在开发高效、便利、低成本获取“绿氢”的途径。比如,发展大规模、低能耗、高稳定性的电解水制氢新技术,通过材料和过程的创新降低能耗和成本等。专家认为,如果人们能够比较经济地获得“绿氢”,未来就能形成一条比较完善的氢能产业链,推动氢能在各个行业的应用,最终甚至会形成一套独立于石油天然气和电力的新体系。


编辑:admin

【返回列表】