对清洁能源创新的思考

　　在非化石能源难以取得能源消费占比优势之前，煤炭的清洁利用依然是能源可持续发展的重要途径。
　　11月13日亚太经合组织领导人非正式会议期间，国家主席习近平与美国总统奥巴马发布《中美气候变化联合声明》。声明显示，中国计划在2030年左右二氧化碳排放达到峰值，并计划到2030年非化石能源占一次能源消费比重提高到20%左右；美国计划在2020年之后把二氧化碳减排速度提高一倍，到2025年实现在2005年基础上减排26%-28%；中美两国希望，现在宣布上述目标能够为2015年在巴黎举行的全球气候谈判注入动力，并带动其他国家也一道尽快并最好是2015年第一季度提出有力度的行动目标。
　　声明还称，双方计划继续加强在先进煤炭技术、核能、页岩气和可再生能源方面的合作，这将有助于两国优化能源结构并减少包括产生自煤炭的排放。 其中，中国计划到2030年非化石能源占一次能源消费比重提高到20%左右。
　　为了进一步落实联合声明，中美双方继续将在新能源研究和发展、碳捕捉和封存、HFCs、智能与低碳城市、绿色科技交易以及清洁能源示范项目共6个方面加强合作。
　　非化石能源路慢慢
　　《中美气候变化联合声明》的确是具有划时代的意义，若能真正落实，将惠及全球。
　　在国内“十三五”能源规划初稿中曾提出，中国风电的发展目标为2亿千瓦，水电3.5亿千瓦，光伏1亿千瓦。可见，风、光的发展目标加速，水电也向纵深腹地河流发展。虽然核电因技术限制对装机目标有所影响，但总体依然被寄予厚望。
　　根据国家能源局统计数字显示，2013年非化石能源消费占一次能源消费比重由2012年的9.1%提高到9.8%。这意味着未来6年，非化石能源消费占比在既有消费总量中将提升5.2个百分点，到2030年达到20%的确是任重且道远。
　　根据我国各发电类型成本对比情况看，带脱硫的火力发电依旧成本最低，即使在增加除尘等装置投入后，其成本也不应超过核电成本。所以，从企业运营安全与成本的角考量，将非石化能源占比增加到20%的内动力还显不足。
　　若用行政手段强行推动实施上述减排目标，必定会垫高居民生活费用支出和用电企业的生产成本，从而降低居民生活品质和企业的竞争力，因此，如何降低水电、风电、核电和光伏发电的成本，使其更具竞争力应是非化石能源着重研究和需要创新的落脚点。
　　推动煤炭清洁利用
　　现阶段煤炭在我国能源结构中的地位难以撼动，煤炭清洁高效利用是解决我国能源和环境双安全的核心问题，以深加工及转化利用为依托的煤炭高效、洁净、经济利用已成为能源可持续发展的路径之一。
　　尽管基于煤的气化（CTG）与合成气费托合成的“煤制油”（煤间接液化，CTL）技术存在有众多问题，如能源转化效率相对较低（0.41），是CTL大规模产业化的一个障碍。据测算，每制成2桶CTL柴油（约250kg）需消耗1吨煤。其次是，耗水量大。每制成1吨CTL柴油，需消耗5至7吨水。再加上CTL全生命周期CO2排放量过高。比起常规化石柴油，其CO2排放量要高出160%至190%。如果只计算生产过程的CO2排放，则CTL要比常规化石燃油高出20倍。因此，它不符合美国2007年颁布的《能源独立和安全法》的相关规定，从而被美国放弃。但这类技术对减少粉尘排放等方面似乎还有那么一点些许的有意帮助，因此，在非石化能源不处于更经济的优势时，这类清洁煤技术也只能是在最差选项中可选择的相对较好的一项。
　　其实，CTL与CTG技术是德国化学家F·费歇尔和H·托罗普施在1923年开发出的合成技术，故称费托合成。是在第二次世界大战期间被大规模工业化生产使用，也正因该项技术的实施拖延了纳粹覆灭进程。但今天，为了环境安全，甚至是能源安全，费托合成技术再次焕发着青春。
　　通常，费托合成工艺流程主要包括煤气化(000968,股吧)、气体净化、费托合成和产品精制改质等过程。合成气中的氢气与一氧化碳的摩尔比要求在2-2.5。反应器采用固定床或流化床两种形式。前者以生产柴油为主，而后者以生产汽油为主。但为了改变上述不经济状况，各国科学家始终不懈地进行着探索。
　　在CTG技术上，德国延续了其技术优势，继续走在全球的前列。其中，HTW(高温温克勒)气化工艺技术就是以低价劣质煤为原料的气化工艺。它既可避免直接燃烧对大气造成的污染，也可通过使用价格低廉的三高劣质煤作为原料，大幅降低生产成本。在节水上，该工艺的总耗水量仅为每吨煤350KG，是传统固定床气化技术耗水量的1/18。废水排量小，仅是其他工艺的1/10，且废水水质中焦油、苯酚、甲酸化合物、萘等成分接近于零。且装置造价比同等产能装置费用降低约10-20%，再加上后期废水处理的装置投资仅为一般固定床气化技术的1/10左右，进而成为最具竞争力的倚重煤炭气化的工艺之一。
　　在CTL技术上，中国的科学家也拥有了一席之地。日前，中国科学家首次实现了在水介质中进行费托合成，比现有的费托合成过程更清洁、更高效。由于碳氢产物不溶于水，反应后生成的油体会与水体分相，使得到的燃料油不会被催化剂所污染，对环境更加友好。
　　同时，在非贵金属催化，能源催化和仿生催化等方面也有了重大的突破，其中，在磁性纳米材料的控制合成及其能源转化技术上也取得了突破。2014年9月，在绝对平和的前提下(623 K, 0.1 MPa)，液相制备出了形貌可控的Fe5C2纳米颗粒。将此类纳米颗粒当成催化剂运用于费托合成，在较低温度表现出了对一氧化碳活化的本征催化活性，其活性的呈现远早于对比组的传统Fe基催化剂。这一成果使铁基费托合成纳米级催化剂因其价格低廉、烯烃抉择性高级，初始费托反应活性也两倍于传统Fe基催化剂，因此倍受关注，其经济价值得到进一步提升，后续商业化过程值得期待。
　　没有环保技术突破的煤化工只会与减排背离，没有科技创新的温室气体减排只能是口头减排，没有资金扶持的技术创新也只会蜗居实验室。因此，即使创新努力还是超不过带脱硫除尘火电的成本优势，但为了中国的创造，也有必要建立财政专项信托投资基金，使中国创造梦能有机会起飞。