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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 。
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