徐春明院士：“能耗双控”背景下，煤化工、石油化工和冶金的降碳思路

春明 中国科学院院非常感谢组委会给我这个机会给大家做一个汇报交流。我本人做传统化工，但是近几年来随着学校学科的发展和新的需求，尤其是在绿电绿氢方面有一些思考，今天带来这样一个题目供批评指正。

别的且不说，甲烷跟我们能源行业密切相关，随着我们能源结构的调整，我们对甲烷的用量或者天然气的用量会大大增加，这个过程中甲烷不可避免会有一些排放。未来碳中和，我们不仅要中和100多亿吨的二氧化碳，还必须去关注甲烷的排放和收集。如果大家关注的话，今年10月份我们国家已经加入了国际甲烷组织，主要关注未来甲烷在温室气体中的作用。

我们把这个表分解一下，通过这些数字可以看出一些我们自己的理解，但不一定准确，因为我们不能脱离了国民经济发展，追求人民生活水平的日益美好来谈“双碳”。这就是为什么我们一方面在大谈“双碳”，但是国家领导层已经特别提到，我们也不能搞“双碳运动”，那是因为我们第一个判断“双碳”的重要前提，还是经济发展。这两组数字告诉我们，在我们的经济社会发展过程中，尤其对于我们一个发展中国家，我们必然要保持较高的经济发展速度或者说GDP的增长率不能很快地降到一定的数值。当然，我们随着基数的增加会慢慢放缓，但是我们仍然要有5%左右的GDP增长。

这里谈到一个很敏感的话题，就是我们的“双控”，这也许超出一个学术或者技术层面，它是综合的。其实“双控”对能源消耗总和、能源消耗强度的控制，从“双碳”目标来讲我们必须关注，但是这个前提一定是全国“一盘棋”，不能简单区域化、企业化，到处“一刀切”，切完了以后不行就给你拉闸限电或者一周给你几天、一周几小时，这种简单的做法跟我们很多大规模连续化运行的流程工业不相配，因为我们的流程工业就是要稳定。

我是搞化工的，我们也归纳了一下，对于任何一个从事有可能跟能耗和二氧化碳相关的企业，我觉得只要有可能，都要通过我们的核心装备、材料、介质，甚至是一些外场技术的协同，通过这些手段直接来实现节能减排，这是我们可能Z现实或者Z快捷的一种方式。

这里有一篇美国人四五年前写的文章，改变世界未来的七大分离技术，其中有3项技术都是跟我们这个体系相关，直接节能减排可能仍然是我们的重要法宝。

石油这么多年比例基本没有变，就是17%、18%，但是它的绝对值依然还有上升空间，2030年至少达到11亿吨左右。还有天然气，天然气在三个化石能源中应该是增长Z快的，因为天然气是一个碳4个氢，比院士讲的氮氢3的氢含量还高，也是一个负氢的介质，尽管还有碳，但毕竟碳的含量比较低，所以它还会呈一定的上升，无论是相对值，还是绝对值。从这个角度来讲，2030年三大化石能源仍然会占到75%，我们仰仗的非化石能源，像光伏、风电等清洁能源在结构里面是有快速增长，但是大概也只是占到25%。

第四个，二氧化碳的绝对排放值，大概到2030年在105亿吨左右。这么多的二氧化碳，我们在未来40年之内要找到解决方案。因为如果把110吨二氧化碳分解来看，电力还是Z高，占到40%以上，加上工业差不多78%左右，因为交通和建筑各占10%，这是大家比较公认的数据。这么大量跟工业、电力相关的二氧化碳，我们怎么来处置？如果再分解一下，工业的37吨，钢铁、化工等等我不展开讲了。

这里还有一个二氧化碳的排放强度，我刚才反复强调，我们经济只要发展，就需要能量，但是我们的能量结构可以调整。这个过程中靠什么调整？就是要靠未来绿电和由绿电和绿氢构成的二次能源的重要的互联网，来为减排二氧化碳做出贡献。同样消耗能量，我用的是绿电和绿氢，而不是传统的化石能源。

这个过程包含了制氢、储氢、化学储氢、用氢全有，只是用的不是燃料电池，用的是汽油发动机、柴油发动机，到现在依然这样。从这个来讲，氢气作为一种能源加到化学品、加到油品，已经七八十年，如果追溯到德国煤加氢都快100年了。但是今天我想说的，跟燃料电池相关的氢产业链可能是我们更应该关注的。

这里特别标注了一些，在我们国家有很好的积累，但是很多还只处在一些示范，甚至是刚刚研发的阶段。标注红色的目前几乎依靠进口，稍微淡一点的是小规模生产，但是性能差距还比较大。黄一点的可以小规模生产并应用。蓝色的和绿色的意味着我们已经跟国际上没有什么差距。

储氢和运氢刚才院士也讲过，我不重复了，Z后直接到加氢站，不同规模加氢站的投资可能有一些差别。跟加氢站相关的很多设备并不完全可靠，氢气压缩和加注设备、高压储氢设备、制氢设备等方面我们有一些材料和关键装备还依靠进口。从这个角度来说，不是简单制氢和加氢站方面都完全自主，这方面我们还有弱项，还有进一步提高的地方。

燃料电池堆差距就更大一些。很高兴今天听到我们在燃料电池堆，核心膜电极、双极板、质子交换膜、催化剂等方面都有很大的进展。虽然我们在这些方面不需要依靠进口，但这些核心的材料、装备还需要继续攻关，因为我们还有差距。

氢能需要一定时间的发展。客观来说，在短期内我们还不能完全寄托在全绿氢上，即使美国也没有纯绿氢。2025年是仰仗中东和沙特，中东天然气比较便宜，以天然气制氢为主+CCUS，可以把每公斤氢降到1.2美元，同时借助已有的油气田、气田大规模封存二氧化碳。

不管怎么说，2060年我们要实现碳中和，没有氢是不行的。我的估计比较保守，到2050年我们氢能可以占到10%以上，产业链产值会超过10万亿，其中包括加氢站、燃料电池、固定式电源/电站。

第一个是冶金。这么多年来，我们炼钢还是用比较传统的长流程。但现在的趋势是以电弧炉和轻机关联体为主的短流程，这个工艺在欧盟和美国已经超过了50%以上，所以我们又落后了一大步。如果把长流程变成短流程，我们可以减排二氧化碳70%以上。利用炼钢等化工过程的一些附产气体，通过化学化工的催化变换，把里面的二氧化碳、甲烷转化成一氧化碳和氢，利用一氧化碳和氢替代传统炼钢用的胶。预处理、催化反应，变成还原气等基本都是化工过程，把传统的炼钢变成准化工过程，这样可以大大地减排二氧化碳。

第二个是传统石油化工。石油化工也有一些过程，比如很重要的过程是蒸汽电解生产3C，这是我们现在放量Z快的。传统的过程都是靠加热炉，靠烧天然气、烧油，然后每吨产品大概需要烧半吨多的化石燃料，Z后都变成二氧化碳。如果在电价合理的前提下，用绿电来替代这些化石燃料，就可以大大减排。这是有可能的，但是需要一个大的突破，就是把传统的加热炉变成新的电磁供热。电磁供热是一种快速传感方式，需要一些关键的设备和催化剂实现，对传统的过程进行重构。我们得出的初步结果显示，耗电量大概1000—1500度，还是比较喜人的。现在我们在做一个1万吨示范装置，如果可行，这将是一个新的路线。

我给在座的各位同行汇报这么多，请批评指正。