煤资源:环境责难下如何救赎

2014-3-06 13:05 来源: 经济参考报
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  随着雾霾天气发生频率增多,对雾霾的成因也出现多种解读,有代表性观点指出,以煤为主的能源结构是造成雾霾的主因之一。据英国石油公司2013年 6月统计,2012年,中国煤炭产量为18250亿立方米,占世界煤 炭 产 量38453亿 立 方 米 的47.5%,煤炭消费量为18733亿立 方 米 , 占 世 界 煤 炭 消 费 量37301亿立方米的50.2%。因此专家认为,减少煤炭消费,有效开发、合理利用煤资源是减轻雾霾的重要措施。

  煤炭的使命还将延续

  人类利用能源大致经历了柴草、煤炭和石油三个时期。第一次技术革命和工业革命后,扩大了对煤炭的需求,到1830年,煤炭成为主要能源。 1960年时,石油消耗量已占世界能源消耗量的60%,超过了煤资源消耗量,成为世界主要能源,但是,煤炭仍扮演着重要能源角色。国际能源署执行干事玛丽亚·范德胡芬预测,经济增长将继续推高煤炭在全球能源结构中所占份额。“如果当前的政策不变,煤炭将在10年内超过石油。”

  工业化增加了对煤资源的需求,200多年来人类已消费大量煤资源,但迄今地下仍蕴藏丰富的煤资源。从17世纪到1830年,世界科学技术中心由意大利转到英国,在那里发生了人类历史上前所未有的科学革命、技术革命和产业革命。工厂的机器运转、商船和军舰的海外扩张,主要以煤为燃料和动力。 1870年,英国的采煤量占世界采煤总量的51 .5%。20世纪60年代初,世界石油消费量超过煤消费量,但几十年来煤仍是重要能源之一。据统计,2012年世界一次能源消费 中 ,石 油 占3 3 .1 %、天 然 气 占23.9%、煤占29.9%;其中中国三者占比分别为17.7%、4.7%和68.5%;美国三者占比分另类37.1%、29.6%和19 .8%;俄罗斯三者占比分别为20%、51.1%和17.5%;日本三者占比分别为45.6%、22%和26%;德国三者占比分别为35 .8%、21 .7%和2 5 .4 %;英 国 三 者 占 比 分 别 为33.6%、34.6%和19.2%。国际能源署预测,到2017年,世界石油消费量将达到44亿吨,而煤炭消费量将相当于43 .2亿吨石油。美国能源信息署预测:“2030年前,随着中国和俄罗斯等国家煤炭消费量增加以及经济合作与发展组织国家石油需求减少,世界煤炭消费将再次超过石油消费。”

  世 界 经 济 年 均 增 长 率 从 公 元1000年到1820年为0.2%,19世纪为1%,20世纪为3%,仅20世纪世界已消费2650亿吨煤。虽然经过200多年的大规模开采,地下仍蕴藏着大量煤资源。一些研究机构估计,煤资源储量(折算标油)是石油储量的3.76倍,煤资源储采比是石油储采比的5.62倍。据英国石油公司2011年发布的世界能源报告统计,世界煤资源剩余可采蕴藏量从1978年6364亿吨增至2011年底的8690亿吨。随着技术勘探水平的提高,探明可采煤资源蕴藏量可能继续增加。有专家估计,仅北极地区就蕴藏着一万亿吨煤资源。全球煤资源仍很丰富,在较长时期内煤仍将是重要能源之一。

  煤化学工业的影响

  1830年,英国产业革命达到高潮,德国还是个落后农业国。1871年德国统一,工业化比英国晚了一个半世纪。但是,通过煤化学工业技术革命,德国仅用40多年时间就实现了工业化,超过英国成为欧洲第一经济大国。煤化学工业技术革命引领人类进入“化学合成时代”、人工制品的新世界。

  20世纪30年代前的半个多世纪,德国主要依靠煤资源取得令人瞩目的经济发展。30年代后期,煤在美国能源消费中占50%,而在德国这一比例仍高达90%。德国科研人员在第一次世界大战前已开始研究从煤中提炼合成燃料。1913年,德国化学家弗里德里克·伯吉尤斯以氢化法首次从煤中提炼出了一种高质量的液体燃料。10年之后,又有另一种提炼方法问世,其原理是用蒸汽将煤分子分解为氢原子和一氧化碳,经过化学反应生成人造燃料。伯吉尤斯的高温高压催化剂方法在两者中居优,可用来生产高级航空汽油。1931年,伯吉尤斯与在发展高压化学方面取得重要成就的法本公司董事长卡尔·博施共同获得诺贝尔化学奖。

  德国化学联合企业J.G .法本公司在1926年购得伯吉尤斯的高温高压催化剂方法专利,并得到国家社会党党首希特勒的支持。1933年,希特勒担任德国总理,迫不及待地推行被他称作“德国汽车交通史的转折点”的汽车计划,高速公路很快遍布全国。1934年,德国开始研发一种新型汽车—“大众”汽车。德国缺少石油资源,法本公司从事的人造汽油生产就显得至关重要。

  第二次世界大战,德军大批飞机、坦克和汽车主要是靠合成燃料驱动的。当时德国境内已有14座合成燃料厂开工,还有6个工厂在施工。到1940 年,合成燃料产量达到日产7.2万 桶 ,等 于 德 国 全 部 汽 油 供 应 的46%,合成燃料相当于德军所需全部航空汽油的95%。到1942年,合成燃料工业在新的生产技术、高级催化剂、高质产品以及对多种煤的应用方面取得了重大进展,从1940年到1943年,德国的合成燃料产量从每天7 .2万桶增至12.4万桶。到1944年第1季度,合成燃料已占德国油料供应的57%和航空汽油供应的92%。

  1949年5月12日,由935架轰炸和护航战斗机组成的盟军空军联队轰炸了德国的合成燃料工厂。盟军对德国合成燃料工厂连续不断的轰炸,到9 月德国合成燃料产量从平均每天9.2万桶降至5000桶。同时,在盟军的打击下,德国从外部得到的石油也越来越少。到1945年2月,德国的航空汽油产量只有1000吨,相当于1944年1至4月产量的0.5%,2月以后,合成燃料生产全部停止。德国新发明的喷气战斗机因无油而不能起飞。从某种意义上说,二战时德国法西斯从疯狂扩大侵略到再次失败的原因之一,是汽油供不应求,德军飞机、坦克和汽车难以运行。

  改变煤资源回收窘境

  中国煤资源蕴藏丰富,总量5.9万亿吨,预测垂深1000米以浅的远景资源总量为28600亿吨,其中:累计查明资源蕴藏量为10660亿吨,预测未查明远景资源为17940亿吨,查明程度为37%。煤资源是非再生能源,越开发越减少,因此,必须有效开发和利用。

  美国、澳大利亚、德国等国家的煤资源回收率高达80%以上,而中国煤资源回收率为30%左右,即开采一吨煤几乎丢掉两吨煤。

  据统计,从1949年到2003年,中国累计采煤350亿吨,而煤资源消耗量却超过1000亿吨,回收率不到30%,相当于50年间浪费了六个百亿吨的大煤田。未被回收的70%煤资源中相当一部分因自燃而消失,还可能造成地质灾害。

  中国煤资源回收率低的主要原因是,大量小企业无序开发、开采方法落后和宏观管理不到位《煤炭工业发展“十二五”规划》提出,到2015年,中国煤资源开采能力为41亿吨,产量控制在39亿吨。2012年5月底,四川大学校长谢和平在接受媒体采访时介绍,由中国工程院承担的一项最新研究成果显示,目前中国煤炭综合考虑生产安全度、绿色开采度和机械化程度三类因素下的科学产能为11 .1亿吨,仅占全国煤产量的1/3。他呼吁,中国煤炭行业亟待提高开采质量,提高“科学产能”势在必行。

  2013年5月,新华社记者吕晓宇在报道中介绍了中国煤资源储量多、采煤大省山西的“黑色产业”之变。山西省“煤焦冶电”四大传统产业增加值占全省工业增加值的80%以上,生产过程中产生的大量歼石、煤泥等废弃物对环境造成影响。同时,传统产业副产品多、可利用价值高、产业关联性强,仅每年采煤就排出五亿多吨矿井水、一亿多吨煤歼石和3000多万吨粉煤灰等附产品。山西省是全国最大的焦炭生产基地,每炼一吨焦炭可产生400标准立方米焦炉煤气,其中仅200标准立方米回炉,另外200标准立方米直接燃烧排空,俗称“点天灯”。

  据新华社记者吕梦琦2014年1月的报道,山西省焦炉煤气的回收利用率已达100%,不仅大大减轻了空气污染,而且取得了巨大的经济效益。把煤及其附产品有效利用,实现煤电化、煤焦化、煤气化(000968,股吧)和煤液化等“链条式”发展,潜力巨大。据山西省发改委主任王赋介绍,山西选择了循环经济路径,让过“重”的产业结构“轻”起来,让偏“黑”的产业形态“绿”起来。煤资源的有效开发和利用对实现这些目标至关重要。为了改变“多小散乱”的煤炭产业格局,2009年山西率先掀起煤资源“整合风暴”,2011年5月,山西省关闭所有整合矿井,开始全面建设现代化矿井。两年来,山西出台六个新标准,率先建立了煤炭工业标准体系,在完成机械化建设的基础上,进入了煤矿现代标准化发展新时期。到2015年底,全国还将关停2000处以上小煤矿,提高煤企生产经营水平,营造煤企良好发展环境。

  研发煤清洁利用技术

  煤层气是可用于工业、汽车和居民生活等多领域的清洁能源。用煤层气做燃料驱动汽车能够使二氧化碳减少24%,二氧化硫减少90%,而且不含铅苯等有毒物质。一直以来,煤层气和焦炉煤气大量浪费。据专家保守估算,2004年我国煤矿通风瓦斯排放量达140亿立方米,超过“西气东输”一年120亿立方米的输气量。我国煤焦每年产生的焦炉煤气大量空排。据测算,我国每年浪费掉的燃气气体所含能量相当于八个“西气东输”的年输气量。

  “十一五”期间,我国施工各类煤层气井4700余口,建设产能31亿立方米。2011年煤层气产达到106.11亿立方米,形成我国煤层气产业商业化、规模化的初期阶段。国家发改委印发的《煤层气(煤矿瓦斯)开发利用“十二五”规划》提出,到2015年实现煤层气(煤矿瓦斯)产量300亿立方米。“十三五”期间,煤层气年产量有望达到500亿至600亿立方米。

  1996年3月,国务院批复成立中联煤层气有限责任公司,2003年起与美国格瑞克能源公司合作开发山西沁水盆地南部的柿庄南项目,合同区面积 455.286平方公里,已探明煤层气地质储量137.87亿立方米。中联煤层气公司与美国萨摩亚—美中能源公司合作开发的潘庄项目面积150.8平方公里。2006年,美中公司采用国际上先进的多分支水平钻井技术,获得三万立方米的日产量。2009年4月7日,国资委发文批准将中联煤层气公司部分区块和资产有偿转让给中石油,从实质操作层面打破了中联煤层气公司独家煤层气对外专营权,中石油、中石化和一些地方煤层气公司也介入煤层气领域。据《中国石油 (601857,股吧)石化》杂志2010年12月报道,中石油可供煤层气开发的面积已达16.1万平方千米,拥有煤层气资源约16.48万亿立方米,占全国登记区块资源总量的69.6%。

  迄今中国和美国等煤资源储量较多的国家仍主要是燃煤发电,造成大量二氧化碳排放。早在20世纪初,德国已成功开发出煤制油技术,1943年德国煤制油产量达到约600万吨。第二次世界大战结束后,随着石油和天然气产量不断增加和油气价格低廉,只有南非仍有年产800万吨的煤制油企业。自20世纪 70年代起,油气价格大幅度上涨“尘封了数十年的煤制油业又被一些国家和企业提上议事日程”。美国、法国和意大利都开始研发煤清洁利用技术。

  中国煤制油热始于2004年,主要产煤区除内蒙古、云南、黑龙江、陕西列入国家“十五”计划外,山西、山东、甘肃、贵州、安徽、河南和新疆以及一些大型煤企集团都在谋划上马“煤制油”项目。国家发改委于2006年7月、9月和2008年10月下发“通知”叫停煤制油项目。但是,一些大型煤企集团的煤制油仍在发展。

  自1958年起,我国开始进行自然条件下煤炭地下气化试验,1980年后初步实现了地下气化从试验到应用的突破。在山西,煤层气、天然气、焦炉煤气、煤制天然气简称“四气”。山西省煤层气行业协会2008年数据显示,山西仅废弃矿井煤资源多达近400亿吨,并以每年六亿吨继续增加。如果进行地下气化每吨煤资源可产生燃煤气4000立方米,按地下气化每年一亿吨计,山西废弃煤资源至少可气化500年。

  无论煤制油还是煤制气,均要有宏观规划和长期发展战略。2013年11月《中国石油石化》杂志刊登能源专家冯跃威题为《去煤炭化不是救命稻草》的文章介绍:在煤制气中,一吨煤仅能生产1110立方米天然气,却要耗六吨水,排放的二氧化碳是传统天然气工厂的七倍;在煤制油中,转化一吨燃油需耗四吨煤10吨水,而每三吨煤就排放一吨污水,排放二氧化碳量是原油精炼的710倍。因此,要加强研发煤清洁利用技术,无论煤制油还是煤制气,都要综合权衡利弊,有序进行。

  持之以恒地厉行节约

  2012年,中国G D P占世界G D P的1 1 .5 %, 能 源 消 费 占20%,钢铁消费占43%。中国万元G D P能耗为0.697吨标煤,相当于世界平均水平的1 .8倍、美国的2 .2倍、欧盟的3 .1倍和日本的3.8倍。

  2012年10月,中国能源研究会常务副理事长周大地接受媒体采访时指出,按照能源需求年均增长7%计算,2020年中国需要56亿吨标煤,2025年需要近90亿吨标煤。国土资源部总工程师钟自然2013年5月指出,按年均4 .5%增速计算,未来20年中国需要煤炭826亿吨,石油120亿吨,天然气5.8万亿立方米。

  按照这样的能源需求增速持续下去,中国有多少资源?能不能确保能源安全?怎样保护我们的 大 气 环 境 持 续 绿 色 ? … … 因此,我们必须采取有效措施,一方面,加快调整产业结构和转变发展方式;另一方面,要采取有效措施和鼓励全民节约能源,有效 开 发 利 用 能 源 , 实 现 人 与 资源、人与环境协调,从而实现绿色可持续发展。