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倪维斗院士:从能源角度看生态文明
更新时间:2013-07-29  来源:科学网

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我国的能源结构中70%以上依靠煤,煤在燃烧过程中产生很多污染物,除了二氧化碳,还有二氧化硫、氧化氮、汞和其他重金属,这对大气的污染非常严重。提高燃油品质无法一蹴而就。长期以来,我国的炼油工业处于一个较低端的水平,炼制的汽油和柴油的含硫量比较高。在能源结构短期内无法大规模调整的现状下,怎样加大煤的利用效率成为一个重要问题。

能源问题和环境问题是人类可持续发展的永恒课题。就世界范围来说,目前人口处于稳定增长的态势,世界人口总量已突破70亿,并将很快达到90亿。由于科技的发展和人类对美好生活的需求,国家GDP的增长对人均能源的需求也越来越大。这两个因素导致能源总量需求的不断上升。而地球能源供给很难承担和满足人类不断增多的能源需求。所以,人类需要靠自己的智慧和对大自然的认识来处理不断发展的能源问题。

能源争夺是世界各种冲突和战争的焦点。比如美伊战争的实质是为了争夺能源,我国很多外交策略也与能源战略有关。能源问题是世界政治斗争,甚至军事斗争的焦点。反之,能源问题也是分析国际形势的一个切入点。

此外,能源问题也是人类与大自然是否和谐相处的焦点。工业革命以来,世界各国进入迅速发展时期,“技术决定一切”的思路使人类不计一切后果向大自然索取。然而,自然的力量是十分巨大的,人类无法抗衡其威力,过分的掠夺和攫取必然招致自然的惩罚。

能源资源的有限性提出这样一个问题:“能源资源被完全开采之后怎么办?”我的观点是:能源资源还是有的,并且处于不断被发现的过程中。比如北冰洋和海上还有很多未开采的资源,问题在于开采难度的不断加大。真正濒临枯竭的是环境资源。人类在消耗光煤、石油、天然气等能源资源之前首先会消耗光地球的环境资源。气候变化、全球变暖会引起全球很多突发性事件。全球气候系统是包括大气环流、海洋环流等在内的大系统,其平衡性很脆弱,人类活动的干预将对环境产生不可逆的影响。温室气体的浓度在100多年前大概是280ppm,现在已经升至380ppm,同时已经出现向500ppm上升的趋势,而这是碳排放量的红线,按照现在各个国家的碳排放量,40~50年就会达到500ppm的排放量。所以说,环境问题和生态问题已经迫在眉睫。

全世界,尤其是中国的环境问题已经日趋严重。由于我国的资源禀赋无法与中东等国家相比。以煤为主要能源的能源结构导致环境问题矛盾突出。这里具体牵涉到三个问题:首先是气候变化,我国每年二氧化碳的排放量已经达到了70亿~80亿吨,取代美国成为世界碳排放量最大的国家,这使我们在国际社会受到很大的压力。二氧化碳在全球处于不断的动态循环当中,但现在除了地球本身的循环之外,额外排放了很多由于燃烧化石燃料而产生的人为二氧化碳的排放;其次是能源安全,我国目前的石油用量不断增长,国产石油量在每年2亿吨左右。石油专家论证2亿吨是适合于我国的石油开采量,更多的开采量不利于后续开采。而我国每年的石油消耗量达到4.5亿吨,也就是说,我国目前一半以上的石油需要依赖进口,并且进口量还在不断增加。过高的石油对外依存度对石油来源提出了严峻的挑战。石油进口海上运输大部分需途经马六甲海峡,一旦遭遇封锁,进口石油就无法安全运抵我国。 与美国对比,美国以前的石油对外依存度是全世界最高的,近几年,美国调整了能源战略,尽可能降低石油的对外依存度,主要依靠国内的石油供给,石油对外依存度从60%下降到45%。同时,美国正在加紧页岩气的开发,每年的产量达到1700亿立方米。因此,美国对国外的能源依存度正在逐渐降低。能源价格的下降也吸引了一批驻外企业的回归,商品的国际竞争能力也有所提升。在这种能源形势之下,美国的国际竞争力会不断增加,而我国的国际竞争力则会受到能源问题的制约和影响。

PM2.5也是近年来国际社会广泛关注的环境问题,其问题产生的来源非常广泛,主要来源于燃煤和汽车燃油的燃烧。我国的能源结构中70%以上依靠煤,煤在燃烧过程中产生很多污染物,除了二氧化碳,还有二氧化硫、氧化氮、汞和其他重金属,这对大气的污染非常严重。提高燃油品质也无法一蹴而就,长期以来,我国的炼油工业处于一个较低端的水平,炼制的汽油和柴油的含硫量比较高。在能源结构短期内无法大规模调整的现实状况下,怎样加大煤的利用效率就成为一个重要的问题。

从全世界的角度来看,煤、石油和天然气到2030年还是最主要的能源来源,占全世界能源来源的75%~78%,核能、水电和可再生能源占能源来源的20%左右,在可以预计的未来,用新型能源完全代替传统能源实属不易。我国的情况亦如此,2010年可再生能源所能提供的能源大约在3亿吨标准煤,而2010年我国的能源消耗折合大约32亿吨标准煤。2020年可再生能源能够提供的能源在6亿吨标准煤左右,而我国2020年的能源消耗量预计在45亿吨左右。核能在中国目前处于大力发展的阶段,核电站的发电容量在1000万千瓦,预计在2020年达到7000万千瓦。 中国未来的能源格局是:到2050年,可再生能源、核电和天然气大规模开发,煤占能源总量的40%左右,人均消耗能源每年4吨标准煤,与现在人均能源消耗每年2.7吨标准煤相比,增幅不大。

经过全球科学家的预测,到2050年,地球的平稳运行要求二氧化碳的排放为1990年该量的一半,即104亿吨。按照人口比例计算,中国须将二氧化碳的排放量减小到25亿吨,这对我国来说是很艰巨的挑战。

二氧化碳的减排主要要从煤的燃烧和使用上下功夫。目前比较好的方法之一是煤不直接燃烧,先将煤气化,合成气的成分主要是一氧化碳、氢气和一部分二氧化碳,在气化过程中净化了硫、氮和汞。可用于发电、做燃料、生产化工产品,也可以将这些过程结合起来,提高利用效率。未来煤使用的途径主要是气化、净化、多联产,产生电、化工产品和液体燃料,这种处理方式的污染物比较清洁,效率比直接燃烧和单独生产也会提高10%左右。总而言之,煤的清洁高效利用是解决我国能源问题的核心。

(作者:倪维斗,中国工程院院士、清华大学教授)

《中国科学报》 (2013-07-22 第8版 智库)

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