煤炭是我国的主体能源和重要工业原料。今年的政府工作报告再次强调，“推进煤炭清洁高效利用”。
如何做好“清洁高效”的大文章？全国人大常委会委员、中国科学院院士、中国科学技术大学校长包信和认为，在未来能源体系中，煤炭应尽量少用于燃烧发电、多实施高效转化。
一方面，在技术成熟、成本降低的前提下，利用风、光和核等可再生能源替代煤电，逐步降低煤在发电中的比例，是经济社会发展的愿景和必然趋势。
另一方面，随着新材料的需求越来越旺盛，碳资源需求量随之增加。在我国，煤炭正是最现实、最可靠的“碳源”选项。而要使煤成为绿色高效的碳资源，二氧化碳排放、高耗水，及废水，废渣处理是必须面对的现实问题。
记者：随着能源转型进程加速，当前不乏“去煤化”呼声。对此，您怎么看？
包信和：我国的能源结构长期以煤为主，但不少地方现在提到煤炭就打怵，为何？主要是因为，煤在使用过程中排放大量二氧化碳，消耗大量水资源，对环境产生大量污染。
是不是因此就要“去煤”呢？受多重因素影响，今年的国际能源市场充满变数，给保障能源安全敲响警钟。2019年，我国原油和石油对外依存度双破72%，天然气对外依存度突破46%。从已探明的开采量来看，我国石油大概可采12年，天然气大概可采30年，煤炭还可以采50年以上。在一定期间内，尤其是动荡的国际大环境下，真正靠得住、自主的主体能源还是煤，煤炭是我国能源安全的“压舱石”。
记者：围绕“清洁高效”，如何充分挖掘煤的潜力？
包信和：煤炭在我国有两种主流利用方式。一是作为能源，燃烧发电；二是作为原料，制备化学品。
煤电在我国电力供应结构中占比一直超过50%，但随着可再生能源技术发展、成本降低，煤炭应该不再是发电的唯一选择，风电、光伏及先进核电等新能源逐步替代煤电，是我国经济社会发展的愿景和必然趋势。未来，煤到底还要不要大比例用于发电，是一个值得探讨的问题。
另一方面，我国对化学品的需求量非常大，现有获得途径主要依赖原油。以烯烃为例，从传统的石脑油裂解产生烯烃，10吨原油约可炼制3吨石脑油，进而得到1吨左右烯烃。我国每年约消耗5000万吨左右烯烃，相当于必须具备5亿吨炼油能力，同时消耗大量油资源。在“贫油、少气、相对富煤”的资源禀赋下，我们很难像国外那样完全依赖石油化工，利用煤炭制备化学品是符合国情的现实之选。比如，我国煤制烯烃年产量已超过1000万吨，可降低我国珍贵的石油消耗。
从转化过程来看，制备化学品少不了“碳”这一重要元素。该元素无法从可再生能源中直接获取，自然界经过亿万年演变，以化石资源的方式将最好的“碳源”保存了下来。在我国，最丰厚的“碳源”就是煤炭。未来如何大量从可再生资源获取稳定的碳源，至少目前尚不明确。
对此，我们必须“精打细算”地用好这些不可再生的碳资源。在可再生能源发展日渐成熟的基础上，发电用煤能少就尽量少。把煤用作碳资源制备更多化学品，即发展现代煤化工，是未来清洁高效利用的主要途径。
记者：既然是主流途径，现代煤化工为何长期存在争议？
包信和：一个主要原因是经济问题。
大家会讨论，国际油价到多少时煤化工才有利可图。在某种意义上，这是一个伪命题。一方面，尽管不是完全绑定，但从趋势来讲，各种能源的价格在一定时间内总是要趋同的，不存在长期脱钩。另一方面，由于种种原因，国际油价波动很大，从战略来讲很难根据某一时的油价来决定煤化工项目的上下去留。从国内几个在运煤化工企业来看，其经济性很大程度取决于企业是否有自备煤田，原煤有没有经过中间加价。
除了经济性考量外，目前对煤化工的诟病主要集中在三个方面。要实现清洁高效利用，这三个关键问题必须彻底解决。
一是二氧化碳排放。煤的结构及反应过程，决定其燃烧一定会产生二氧化碳，燃烧1吨煤不可避免要排放3吨以上二氧化碳。碳减排既是现实需求，也是我国应对气候变化的国际承诺。真正碳减排成本很高，一般企业难以承受。
现在也有一些所谓的碳减排技术。例如，将二氧化碳回收制成干冰，看上去收集了一部分二氧化碳，其实上使用干冰又会排放等量的二氧化碳。非但没有实现环保，捕集过程反倒消耗能量，增加排放。是否实现碳减排的一个基本判据，在于最终回到大气中的二氧化碳是不是少了，即有没有被固化、被掩埋，或者转化为其他产品。
二是耗水。煤化工项目往往是用水大户，在煤气化、合成（水煤气变换调整氢碳比），及后续产品纯化、分离等环节均离不开水。相应的，合成转化过程产生大量废水。原理上来说，采用现代技术，煤化工过程中的废水都可以经过处理循环利用，但是费用越来越高。
三是排放废气、废渣。煤中杂质燃烧产生的废气和固废对环境造成很大压力，无害化处理和资源综合利用的费用逐年攀升，企业压力加大。
记者：有没有办法解决上述问题？
包信和：彻底解决的根本途径在于技术突破，其中催化技术又被寄予厚望。
催化可改变化学反应的速度，通过调节反应途径，最终实现化学反应的“精准”。石油化工正是利用催化剂这把“剪刀”，把原油中的大分子“剪裁”成大小不同的分子，从而得到所需的化学品。
90多年来，煤化工一直沿袭费托合成技术，即“煤气化-水煤气变换-化学品或液体燃料合成”的转化路线。先将固体的煤转化为气体，通过水与一氧化碳反应获得氢气（水煤气变换反应），由此调节合成气的氢碳比，再通过传统费托合成方法用氢分子除去一氧化碳分子中的氧原子，获得化学品。其中，水分子参与过程循环，但没有实际进入产品，相当于洁净水进入、废水排放。
能不能利用催化技术，把煤中的大分子象石油炼制一样直接“剪开”，少排二氧化碳、少用水甚至不用水，高效拿到我们需要的东西？这应该是催化研究的愿景和长期目标，但现在还很难达到。
我们正在研究一种新型催化技术，采用高性能催化剂，无需借助水循环，使得合成过程完全不用水，大大缩短了工艺，实现煤基合成气一步转化直接制烯烃。在保持二氧化碳排放量不变的情况下，降低水耗和能耗。去年9月，该技术已在陕西延长石油完成工业试验，目前正在实施全流程开车。一旦成功，这一概念有望推广至煤制油、制含氧化合物，甚至煤制含氧化合物等工艺过程，打造一个煤化工转化新平台。
记者：现在大火的煤制氢产业，可否作为一个发展方向？
包信和：煤制氢技术相对成熟、成本相对较低，是目前制备氢气的重要途径。全世界一年使用氢气5000亿立方米左右，其中96%来自化石能源，其中很大一部分来自于煤转化。然而，使用煤制氢将排放大量的二氧化碳，未能彻底解决源头的碳排放问题。
真正的“绿氢”，一定要通过可再生资源获得。用风、光、核产生的电能把水电解变成氢，其过程只排放氧气，不排二氧化碳。换句话说，氢能作为二次能源，自然界中没有氢，氢能实际就是可再生能源的搬运工，把可再生能源从这里搬到那里。如果将氢作为清洁能源，从碳减排角度，不建议使用煤炭等化石能源制氢。
