包信和院士：煤炭如何迎来“第二春” | 双碳之路无限可能（三）——煤炭转化

煤炭转化——超级变变变！

问：煤如何直接制低碳烯烃？相关研究与“双碳”有何关系？

答：出于国家战略的需要，一战后德国就有人开始研究把煤转化成液体燃料或者其他化学品。因为德国的石油资源也不多，但是煤炭储量还可以。所以德国人把煤经过汽化，再用催化的方法转化成油（低碳烯烃）。

从现在的视角来看，这个方法有一些问题。首先，煤炭中的氢含量相对于石油来说比较少，因此过程中需要消耗水来提供氢；而水中除了氢还含有氧，这些氧就会以二氧化碳的形式排放出来。据估算，以煤为原料生产一吨石油制品，需要消耗10吨左右的水，同时排放10吨左右的二氧化碳。所以，这种方法会消耗大量的水资源并产生大量碳排放，是不符合“双碳”目标要求的。另外，这种方法产生出来的烯烃碳链长度非常复杂，需要经过重新炼制才能够获得符合要求的产品。

在消耗水、碳排放和选择性差这三个问题上，我们课题组的研究内容主要指向其中的两个。首先，我们的生产过程中可以做到不用水。第二，我们的工艺选择性很强。例如，在筛选2个碳原子到4个碳原子的烯烃过程中，选择性可以达到90%。

虽然从原理上来看没有减少二氧化碳的排放，但是我们用一步就能实现原来要三步才能做成的过程，流程缩短了，也就降低了能耗，从而间接地实现了减排。

如果使用新能源技术产生的氢来代替水，那么就不需要排出氧，这样从原理上就可以减少煤炭转化过程中的二氧化碳排放了。因此，煤炭转化的新技术如果能与氢能源技术的发展耦合起来，那么就可以进一步有助于实现“双碳”目标。

（图片来源：veer图库）

问：在煤的优化利用方面，现在已经有哪些有益的探索，您能给我们举几个例子吗？

答：我们的努力方向有很多，主要围绕如何在煤转化过程当中降低二氧化碳的排放。

首先是将煤炭转化为含氧的产品的研究，例如转化为乙醇或者乙二醇，这样就可以减少二氧化碳排放。另外，我们还进行了过程优化方面的研究，通过提高效率的方式来降低二氧化碳排放。

另外，我们也探究新的煤炭转化机制。根据前面的介绍，煤的转化过程需要先汽化，而现在的汽化方式是与氧气反应。由于引入了氧元素，后面需要以二氧化碳的形式将氧元素排掉。所以，要从根本上解决煤转化过程二氧化碳的排放问题，就需要在煤转化过程中不使用氧气。我们现在与中科大合作，通过高温等离子体加热的方法使煤炭直接发生转化，不需要使用氧气，就不排放二氧化碳了。

我们也有研究组在碳处理方面取得了不错的进展，例如将二氧化碳与氢或者甲烷直接进行反应，生成化学品，效率非常高。只要能解决好产量放大的问题，就可以在碳中和过程中发挥作用。

“轮到我们中国人想点事情做了”

问：根据报道，您之前在和外国交流的过程中曾经提到过：“你们已经想出来的已经很多了，现在也该轮到我们中国人想点事情做了。”这句话体现了我国科研工作者的自信。您认为这份自信的来源是什么？

答：说这句话的时候，是欧洲某家大型跨国公司请我们去交流，我们详细讲了我们煤经合成气转化的工作，如何实现一步转化。对方其实也一直在做类似的工作，但是没有想到这一点，他们感到很懊恼。我就说了那句话。

我想，这个自信是一种基于事实的、发自内心的一种确信，是经过很多事实论证以后，确信我们的成果比他人的好。

中国现在有很多方面已经走在外国前面了，但是不能盲目自信。盲目自信可能是因为我们对别人不了解，或者把我们单个进展的领先夸大成整个系统上的领先，这是不对的。

我认为我们一定要自立自强，要有自信，但是我们的自信要基于事实，不要因一个小的突破而沾沾自喜，而是要着眼于最终的整体成果。只要能做出一些大家公认的成果，就可以赢得别人对我们的尊重和认可，这才是自信的真正来源。