【能源革命观察】点“碳”成金 做好煤炭清洁高效利用大文章

——山西能源产业“五个一体化”融合发展系列综述之五

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图为瑞光热电变温变压物理吸附烟气捕集二氧化碳试验项目现场。王菲菲摄

公元3世纪，西晋时期，张华撰写《博物志》，记载了一种富含二氧化碳的石灰窑气。
现代工业生产点亮文明星火的同时，二氧化碳温室效应正严重破坏地球自然环境和生态系统。降碳减排，迫在眉睫。
习近平总书记在中共中央政治局第三十六次集体学习时指出，我国已进入新发展阶段，推进“双碳”工作是破解资源环境约束突出问题、实现可持续发展的迫切需要，是顺应技术进步趋势、推动经济结构转型升级的迫切需要。
2022年1月，习近平总书记在山西瑞光热电有限责任公司考察调研，就“双碳”目标、煤炭多元化利用和能源保供作出重要指示。
牢记领袖嘱托，推进“双碳”工作，既对绿色低碳转型提出现实要求，又为企业高质量发展带来新的发展机遇。作为能源大省，围绕“能源革命”探索创新，贯彻落实能源产业“五个一体化”融合发展战略部署，山西如何变“碳”为宝，做好煤炭清洁高效利用大文章？
电厂烟气捕集二氧化碳将其变为食品级，将二氧化碳转化为碳纳米管及其下游产品，二氧化碳加氢制绿色低碳甲醇……从技术研发到场景拓展，我省在二氧化碳捕集、利用和封存技术（CCUS）方面不断进行创新和探索。

技术赋能
推动碳排放大户降碳减排

捕集、利用和封存技术……逐渐走进大众视野的CCUS技术如何实现降碳减排？简言之，就是将二氧化碳从工业过程、能源利用或大气中分离出来，直接加以利用或注入地层，实现二氧化碳的永久减排。
分析显示，到2050年化石能源仍将扮演重要角色，占中国能源消费比例的10%—15%。CCUS技术是化石能源、火电行业和减排难度较大的行业实现近零排放的重要技术选择。
我省传统优势产业大多是能源消耗大、碳排放量高的产业，通过CCUS技术，诸多碳排放大户不仅有望实现降碳目标，还可建设具有高附加值的碳基材料基地，成为新材料、新能源和绿色原材料的供应商。
时值盛夏，在晋中市榆次区乌金山的怀抱中，一处蓝白相间的厂区与葱翠的植被相映成景。由山西国际能源集团（格盟国际）有限公司独资建设的山西瑞光热电有限责任公司坐落于此，运营2台30万千瓦供热机组，为太原、晋中两市及太原武宿机场供热约2400万平方米，这是省内同类机组单位千瓦容量供热面积最大电厂。
2016年，瑞光热电积极探索建设了电厂烟气捕集二氧化碳试验项目，通过变温变压物理吸附碳捕集工艺，获得纯度约99.9%的工业级液体二氧化碳和99.96%的食品级液体二氧化碳，应用于饮料、烟草、食品冷藏保鲜等行业。
据了解，在已建成项目的基础上，该集团公司与怀柔国家实验室山西基地合作，拟在瑞光热电建设大规模低成本二氧化碳捕集、封存及制甲醇、制氢、储能、热电解耦一体化发展模式探索项目。项目为在烟气中捕集二氧化碳提供一种更高效低耗的新方法，并为延长下游产品产业链奠定基础。
在推动能源绿色低碳发展上，国际能源集团始终走在前列，目前，国际能源、格盟国际投资建设的26台煤电机组已全部完成超低排放改造。作为全省率先完成超低排放改造的发电集团，改造后机组各项排放指标均优于燃气发电机组，每年进一步减排粉尘约1万吨、二氧化硫约2.2万吨、氮氧化物约2万吨。
“探索永无止境，我们将紧紧围绕碳达峰碳中和战略目标，供电与供热齐抓，转型与低碳并重，在做好传统能源供给保障的同时，积极探索能源革命综合改革，以实际行动奋力续写国际能源践行能源革命、推动和实现‘双碳’目标的企业篇章。”该集团党委书记、董事长曹阳说。

科技创新
让全产业链向规模化延伸

我国要在2060年前实现碳中和，基本路径是：促进能源电力系统低碳化、电气化、智能化，（无法电气化的领域）低碳燃料转化以及应用负排放技术。
从碳达峰到碳中和的过程是经济增长与二氧化碳排放从相对脱钩走向绝对脱钩的过程。数据显示，10年来全国能耗强度累计降低了26.4%，以年均3%的能源消费增速支撑了年均6.2%的经济增长，相当于少用了约14亿吨标准煤，少排放二氧化碳近30亿吨。
我国首条百万吨、百公里高压常温密相二氧化碳输送管道正式投运；亚洲最大的煤电CCUS项目江苏泰州电厂50万吨/年二氧化碳项目投产；全球首座万吨级二氧化碳直接利用工业实验示范工厂投产……试点示范项目规模不断壮大，我国二氧化碳捕集、利用与封存技术（CCUS）全产业链规模化发展取得了长足进步。
我省也加快了推进煤炭产业和降碳技术一体化的发展步伐，重点在二氧化碳深部煤层封存及驱替煤层气、碳纳米管制造、加氢制甲醇等方面强化技术攻关和产业应用，力争在相关领域走在全国乃至全球前列，进一步打开煤炭清洁高效利用新空间。
我省拥有优越的风光电资源优势，如何将不稳定的风光电资源充分利用起来？吉利通过科研和实践提出“当前最有效的一种电子燃料合成方法是将二氧化碳与氢气通过科学的热催化反应合成甲醇”，将风光发电间歇不稳定的能量存储起来再利用。
吉利参与建设了全球首个规模最大的二氧化碳加氢制绿色低碳甲醇工厂，其利用焦炉气中的氢气与从工业尾气中捕集的二氧化碳合成绿色低碳甲醇，每年可生产11万吨甲醇，直接减排二氧化碳16万吨。
绿色、低碳、清洁可再生甲醇的制备与使用，成为实现“双碳”目标的现实选择和有效路径。今年5月，省工信厅等十部门联合发布了《关于加快推动全省甲醇汽车推广应用的若干措施》，加速建设以重卡货运为主的甲醇汽车绿色交通体系，为我省加快建设绿色低碳循环发展经济体系提供支撑。
作为全省首批“链主”企业，吉利汽车晋中基地的汽车产业链条最长、产量最大、资质最全。今年，全球首款醇电混动轿车下线，全国首条年产1万台甲醇重卡生产线投产，“晋中产吉利造”的甲醇重卡已在我国多地的公路上奔跑，其经济性、实用性、环保性、安全性得到实践印证，受到市场青睐。
依托“链主”企业，叠加资源优势，晋中市把新能源汽车、甲醇汽车和甲醇化工产业协同发展作为引领先进制造业扩能的“一号工程”，拓展甲醇重卡应用场景，打造醇、运、站、车全链条甲醇经济新生态。

多向探索
让山西碳经济实现特色发展

目前来看，我国在二氧化碳捕集、利用和封存技术研发、试验示范和商业化探索方面已开展大量工作，但整体处于工业示范阶段。有专家分析称，目前在世界范围内CCUS技术产业化仍受限于成本居高不下、应用场景局限、二氧化碳及衍生品市场供大于求等诸多问题。
从探索试水到政策扶持，从试点示范到规则制定，CCUS技术和应用在我省落地开花，在煤炭清洁高效利用上探索出山西碳经济特色发展之路。
中国科学院山西煤化所牵头主持制定的《低压低浓度二氧化碳两级变压吸附提浓设备》以及参与制定的两项团体标准由中国工业节能与清洁生产协会正式发布实施。该系列标准规范和加强了相关行业对固体吸附法二氧化碳捕集关键设备设计、加工、检测、运行维护的管理，可进一步促进我国碳捕集、利用技术进步和推广创新成果。
国电电力大同发电有限责任公司《大型燃煤电厂化学链矿化CCUS成套技术研发及降碳新模式应用》成果入选“十四五”绿色低碳综合能源发展暨煤电机组“三改联动”示范案例，并荣获“十四五”热电产业节能减排技术创新奖一等奖、“十四五”热电产业节能减排首台（套）技术装备奖。
据悉，国电电力大同公司火电厂二氧化碳化学链矿化CCUS技术，将含钙较高的工业固废如电石渣、钢渣等作为原料，与火电厂烟气中的二氧化碳通过中间媒介构建化学链矿化反应，最终得到具有经济价值的微米级碳酸钙产品。这一成果不仅意味着我国相关技术创新和工程化取得了重大突破，更为低能耗、低成本、规模化、可持续的减排二氧化碳提供科学可靠的技术支撑。
山西清洁碳经济产业研究院在山西大同大唐云冈热电厂建成二氧化碳捕集和转化碳纳米管产业化示范系统。这套系统把经过脱硝除尘、脱硫超低排放后的煤电锅炉烟气抽取过来，经过冷却、碱洗、吸收、解吸、压缩、提纯、液化成99.9%以上纯度的液态二氧化碳。这一过程，把烟气残余的二氧化硫、氮氧化物等进行进一步脱除处理，实现了近零排放。
“煤炭产业和降碳技术一体化是主动应对碳中和的战略之举，是山西煤炭产业安全高效绿色持续发展的发力点之一。”山西清洁碳经济产业研究院院长宋维宁表示，从电厂烟气中捕集二氧化碳并转化为高附加值的碳纳米管，再到碳纳米管在新能源汽车的应用，是深化煤炭梯级高值利用的具体体现。碳纳米管是目前已知的二氧化碳转化利用附加值最高的产品之一，碳纳米管在新能源汽车锂电池中的应用开启了一个千亿级的碳经济时代。
显而易见，二氧化碳这一让人又爱又恨的碳氧化合物，与人类命运紧密联系。面向未来，或减排、或利用、或封存……我们在找寻彻底解决办法的征程上继续创新、探索和前进。

来源：山西日报