能源短缺与空气污染,矛盾怎么破

来源:科技日报 2014-4-11

  主持人:李禾(本报记者)

  嘉宾:金涌(中国工程院院士、清华大学化学工程系教授)

     王垚(清华大学化学工程系副教授)

  近年来,我国频繁出现的大面积空气污染成了政府和市民心中挥之不去的阴影,也引起国际舆论的关注。2013年,我国按照环境空气质量新标准开展监测的74个城市中,细颗粒物PM2.5年均浓度为72微克/立方米,超过35微克/立方米的二级标准1.1倍,仅拉萨、海口、舟山3个城市达标,环境空气质量不容乐观,大气污染治理任重道远。

  机动车是空气污染的重要来源,随着我国家用轿车的快速发展,汽车产量和销售量已达世界第一,交通能源问题也日益突出。如何一箭双雕地解决车用能源短缺与空气污染的矛盾?

改变思路 使用新技术

  科技日报:近年来,造成我国近期大范围空气重度污染的主要原因是什么?

  王垚:三大原因,一是工业污染排放强度高、排放量大;二是城市汽车保有量逐年提升,交通拥堵期间汽车长时间处于怠速状态,加大了尾气排放量;三是北方采暖的污染排放量大。当高排放遇到气象条件不利,静风、逆温现象增多,空气流动性差,污染物难以及时扩散,因此形成严重雾霾。

  科技日报:面对这么严峻的大气污染形势,必须节能减排,那么该如何做好煤和油的文章?

  金涌:首先应多买油、多买气。我国的化石资源禀赋为“富煤、贫油、少气”,煤占化石资源总储量的93%。但是在石油、天然气和煤这三种主要化石能源中,石油和天然气更易于加工、利用,也是相对清洁的化石资源。

  因此,在合理的价格体系及相对和平的国际形势下,如果我国通过多种渠道深度合作,积极扩大国外石油、天然气的稳定供应,多留一些自有资源给下一代,将是功在千秋、惠及子孙的方针。根据工程院报告预测,到2020年我国石油供应的缺口可能在6000—7000万吨/年以上。由于页岩气、致密气的大量开发利用,国际上目前对我国增加购买石油、天然气并没有异议,但是如果我国大量不理智地消费煤炭,采用煤制油路线填补6000—7000万吨石油缺口,则要多排近10亿吨二氧化碳。

  王垚:大量增加二氧化碳排放,国际社会有强烈的批评声音。权衡利弊,与其大量用煤,不如买油、买气更清洁。目前,我国的石油对外依存度已接近60%。在确定了市场经济应成为主导的政策后,关于对外依存度上限问题可以再思考。

  金涌:还要炼好油,多出油。石油主要用于生产汽油、煤油、柴油等液体燃料。2012年我国生产了2.82亿吨成品油,有1.2亿吨重质油原料是通过延迟焦化工艺获得车用轻质油产品的,因而副产了数千万吨石油焦(基本与煤同质)。一方面计划用数千亿元的投资建设煤制油装置,另一方面又把重油变成数千万吨石油焦,这简直是一个悖论。加氢裂化途径在国际上被广为采用,尤其适合于我国的重质油加工,可大大提高能源利用率。

  如果通过煤炭生产氢气,该能源转化效率70%以上。用氢气为重质油加氢,通过加氢裂化技术替代延迟焦化,仅此一项每年可多产出两千万吨的成品油,远比增加两千万吨煤制油产能更合理。所以国家应鼓励石化企业发展煤制氢及重油加氢路线。

  金涌:还可添加醇醚,即低碳含氧燃料。柴油机功率大,多采用柴油车有助于提高能源利用效率已成为共识。但柴油车由于气缸内燃烧不完全,排出的细炭粒和未燃尽重质油蒸汽多,是城市灰霾的重要成分。

  人们发现,含氧碳氢化合物燃烧完全,排气污染少,适于用作清洁燃料。含氧化合物掺用燃料,可以促进烃类车用燃料燃烧,降低环境污染。如果在柴油中添加如聚甲氧基二甲醚DMM3—8等含氧化合物,还可促进柴油在气缸内完全燃烧而减少污染。

  由于合成聚甲氧基二甲醚时,消耗的煤炭量显著比煤制油少,因此生产中排放二氧化碳少,能源效率高,特别适合在高寒缺氧的高原地区使用。如果采用二甲醚部分替代柴油机燃料,则不但合成时煤炭消耗约为煤制油工艺的50%,由于自身含氧,气缸内无需吸入大量低温空气(其中79%是不参与燃烧过程的氮气)。每吨二甲醚开车里程数与柴油相同,十六烷值比柴油还高,成品油替代量的潜在能力更大,更重要的是完全没有细炭粒和重焦油蒸汽产生,对改善空气质量,有更大贡献。

  如果以添加低碳含氧燃料量为15%—30%计算,则可以分别替代三千万吨以上的成品油;远景可替代数千万吨的成品油。与此类似,甲醇汽油也有促进完全燃烧、降低空气污染的功效。多年来,山西、上海等许多地方积极推动甲醇汽油,甲醇添加比例14%—85%,已有很好试用效果。含氧化合物液体燃料多年来推进迟缓。随着环保呼声日益增大,推广含氧化合物液体燃料一方面可以比煤制油节省数亿吨/年煤耗,十几亿吨二氧化碳排放,另一方面可成为消除霾的有力措施。

发展电动汽车 开放加油站经营权

  科技日报:除了油外,还应如何推进机动车污染减排?

  金涌:大力发展电动汽车。国际上的共识是交通工具采用直插式电动车最节能,而且污染完全可以集中治理。以煤超超临界发电用于驱动电动车为例,煤电转换效率可达45%,按电动机的电机效率75%估算,煤经电到驱动车轮的总能量转换效率约为34%。对比煤制油的能量转化效率为35%,汽油机的能量效率为25%,煤经合成油驱动燃油车的总能量转换效率只有9%。因此煤的最合理的利用还要回归发电。

  王垚:煤炭的合理利用是交通能源高效利用和减少二氧化碳排放、防止雾霾等环境问题的关键。如果放开汽车加油站销售渠道的垄断,煤炭企业会选择含氧液体燃料、煤电这样的高能效、低投资、低污染途径,为减少灰霾做出贡献。

  如果煤化工企业有实实在在的经营销售决策权,在加油站销售甲醇汽油、二甲醚燃料、含氧添加剂柴油、生物柴油,甚至在加油站设电动车充电装置变得可行。这样不但我国巨大的石油缺口可以得到补足,煤耗和二氧化碳排放可以大幅降低,城市雾霾也可以显著缓解。通过制度改革和技术创新,完全可以走出一条符合国情的双赢道路,解决我国城市交通能源和污染问题。

■相关阅读

环保部:机动车污染是造成灰霾的重要原因

  中国环境保护部相关负责人今年1月表示,机动车污染已成为中国空气污染的重要来源,是造成灰霾、光化学烟雾污染的重要原因,机动车污染防治的紧迫性日益凸显。

  环境保护部日前发布《2013年中国机动车污染防治年报》(以下简称《年报》),公布了2012年全国机动车污染排放状况。《年报》显示,中国已连续四年成为世界机动车产销第一大国。

  《年报》数据显示,2012年中国机动车保有量持续增长,达到22382.8万辆。按排放标准分类,达到国Ⅳ及以上标准的汽车仅占一成,有7.8%的汽车还达不到国Ⅰ标准。按环保标志分类,“绿标车”占86.6%,高排放的“黄标车”仍占13.4%。

  该负责人表示,随着机动车保有量的快速增长,中国城市空气开始呈现出煤烟和机动车尾气复合污染的特点。由于机动车大多行驶在人口密集区域,尾气排放直接影响群众健康。

  《年报》显示,2012年中国机动车排放污染物4612.1万吨,汽车作为污染物总量的主要贡献者,其排放的氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM)超过九成,碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)超过七成。

  值得注意的是,仅占汽车保有量13.4%的“黄标车”却排放了58.2%的NOx、81.9%的PM、52.5%的CO和56.8%的HC。

  据了解,国务院2013年9月批准发布的《大气污染防治行动计划》提出,要加强城市交通管理,对北京、上海、广州等特大城市要严格限制机动车保有量。同时提升燃油品质,加速“黄标车”和老旧车辆淘汰,到2017年,全国范围“黄标车”基本淘汰。

2014年04月11日 15:25:37  清华新闻网

更多 ›图说清华

最新更新