《中國石油企業》雜志:中國科學院院士、石油化工專家徐春明:以科技創新推動“雙碳”目標穩步實現
發布時間:2023-04-23 | 來源:《中國石油企業》 | 瀏覽量:
記者:徐院士,您好!烏克蘭危機已持續一年多了,全球能源格局發生了巨大改變。您認為這會給我國“雙碳”目標的實現與能源轉型的進程將帶來哪些影響?
徐春明:自2022年2月以來爆發的俄烏沖突,進一步加劇了因為能源轉型帶來的歐洲能源危機,國際石油和天然氣價格持續暴漲,給全球能源安全帶來了巨大沖擊,甚至延伸到了民生和社會領域。呼吁綠色能源轉型最激進的歐洲意識到,在可再生能源方興未艾的時候,傳統化石能源對保障能源安全仍然至關重要。對于處在發展中的中國來說,俄烏沖突更加堅定了我們一個認識,就是在推動“雙碳”目標的進程中,應該更加科學、冷靜、客觀地分析,實事求是地規劃我國能源轉型路徑,不論是中央政府、地方政府還是企業,絕對不能冒進,不能進行運動式的、口號式減碳。
自從2020年我國提出“雙碳”目標以來,它一直是一個熱門話題。這不僅是一個科技問題,更涉及政治、經濟、教育、文化等方方面面。其中,對我國帶來最長遠的根本性變化就是能源結構調整。
2021年,國務院發布《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》提出,2030年我國非化石能源消費比重要達25%左右,2060年這一占比要達到80%以上。這意味著化石能源占比要大幅下降。
十年來,我國能源結構以煤炭、石油和天然氣等化石能源為主。國家統計局數據顯示,2022年,煤炭占我國能源消費總量的比重由2012年的69%降至56.2%;石油占比由2012年17%升至18%;天然氣占比由2012年的4.8%升至8.5%。目前,化石能源消費量仍占能源消費總量的80%以上。雖然,十年來煤炭在能源消費總量中的占比降幅較大,但仍是基礎性能源??墒菑摹半p碳”目標的實現來講,又不得不去從根本上調整這一能源結構。這意味著煤炭作為能源屬性的話,在能源消費中的占比還要繼續大幅降低,騰出來的空間會留給天然氣和可再生能源;作為資源來講的話,煤炭還有很大的發展空間,比如從煤制油到現代煤化工。
十年來,石油在我國能源消費中的占比幾乎沒變。從目前演變的趨勢來看,未來10到20年,石油占比變化不會太大,上下最多相差一兩個百分點。2021年12月,中國石油發布的《世界與中國能源展望》預計,中國的石油消費將在2030年達峰,消費總量是7.8億噸。2021年,中國的石油消費量為7.2億噸。這意味著在相當一段時間,石油還將保持一定的消費比例。對此,我們應該保持樂觀態度。
未來,天然氣在能源消費中的占比肯定會繼續上升。根據政府規劃,到2030年天然氣占比預計提至15%以上。天然氣的消費峰值預計在2040年,即還有近20年的發展黃金期。這種能源結構是由我國資源稟賦決定的,短時間內很難做出根本性調整,否則就容易出問題。過去兩年,多地出現的“運動式減碳”“一刀切式減碳”所帶來的“煤荒”“拉閘限電”等極端現象,就說明了這一點。國家相關政府機構也認識到了這些問題,并及時做出了調整。比如去年中央多次強調,煤炭仍是我國能源安全的“壓艙石”。雖然和煤炭相比,我國油氣占比不高,但仍然有著不可替代的作用。
記者:您如何評價這兩年來我國在推進“雙碳”目標實現過程中取得的成績?
徐春明:這兩年我國圍繞“雙碳”目標展開的工作,成績顯著。很多地方政府就此制定了“十四五”目標,有些地方和企業甚至提出提前完成2030年“碳達峰目標”。此外,我覺得有更深層次的成績需要給予關注。比如在實現“雙碳”目標過程中,既要努力爭取“雙碳”目標的實現,又要發展經濟,這就對我們的管理和政策提出了更高要求。在這方面我們也做出了很多調整和完善。比如,二十大報告提出,完善能源消耗總量和強度調控,重點控制化石能源消費,逐步轉向碳排放總量和強度“雙控”制度。從“能耗雙控”轉向“碳排放雙控”,這是很大的成績。這項政策調整就是未來能源發展的指揮棒,意味著認可經濟發展需要能源,只是鼓勵大家從高碳能源轉向低碳、零碳能源的使用,這是更加科學的。
2022年11月,國家發改委表示,原料用能不納入能源消費總量控制,也不納入節能目標責任評價考核。這是完善能源消耗總量和強度調控的重要舉措,是政策上大的調整。此外,我國在綠色金融方面也做了積極探索。2021年7月,全國碳排放權市場上市,截至目前運行平穩。2022年全年全國碳市場碳排放配額(CEA)總成交量逾5088.9萬噸,總成交額28.14億元。目前,全國碳市場已經建立了基本的框架制度,打通了各關鍵流程環節,初步發揮了碳價發現機制作用,實現了預期目標。
在綠色能源技術創新方面,成績也很突出。比如利用綠電、綠氫替代傳統化石能源發電。2022年,全國風電、光伏發電新增裝機突破1.2億千瓦;可再生能源裝機突破12億千瓦,首次超過全國煤電裝機,占全國發電總裝機的47.3%;可再生能源發電量達到2.7萬億千瓦時,占全社會用電量的31.6%。
在“雙碳”人才培養方面,也有不錯進展?,F今,國家鼓勵復合型人才,未來要培養更多能夠完成“雙碳”目標的人才。為此,中國石油大學(北京)成立了碳中和未來技術學院,就是為人才培養提前做謀劃;今年2月初,中國石油大學(北京)國家儲能技術產教融合創新平臺項目正式獲批,建設周期計劃為3年,將依托新能源與材料學院、碳中和未來技術學院、重質油國家重點實驗室相關領域教學科研師資力量,圍繞電化學儲能、氫能儲能、儲能系統應用三個領域,促進儲能技術領域教育鏈、人才鏈與產業鏈的融合發展。
除了各地政府、企業提出雙碳目標規劃路線和時間表之外,剛才談到的政策完善、綠色金融的探索、綠色技術創新和雙碳人才的培養等,這些是更深層次的成績,會帶來很多深遠的變化,會使經濟發展更有后勁兒。
記者:作為我國重質油高效轉化和清潔油品生產研究領域的權威專家,您如何看待目前全球能源地緣形勢下,我國重油工業發展面臨的機遇和挑戰?
徐春明:在目前全球能源危機下,我認為重油產業面臨的機遇多于挑戰。從石油本身發展趨勢看,不管作為能源還是資源,石油在相當一段時間依然不可替代,汽油、柴油和航空煤油作為三大動力燃料仍將占有很大權重。
2021年4月,中國石油經濟技術研究院發布的《國內外油氣行業發展報告》顯示,預計2025年成品油消費量為3.76億噸。其中,汽油需求維持低速增長,預計2025年前汽油消費將達峰,峰值為1.6億噸左右;柴油需求進入峰值平臺期,未來將穩中趨降,預計2025年約1.7億噸;煤油需求仍保持較快增長,預計2025年我國煤油需求將增至5200萬噸。但在這一過程中,石油行業需要未雨綢繆,加快推動轉型升級,以更高的質量和標準滿足新需求。否則按照這個趨勢,總有一天石油可能會被電和氫替代。
近年來,石油行業開始布局各種轉型技術,煉油開始向化工品和新材料轉型,業內稱為“油頭化尾”,這樣石油的能源屬性和資源屬性都可以充分發揮出來。從已經探明的儲量來看,重質油在石油總儲量中占據很大比例,特別是加拿大油砂和委內瑞拉超稠油為主的重質油,其儲量在全球位居前列。美國《油氣雜志》于2022年12月發布的《全球油氣儲量報告》數據顯示,2022年委內瑞拉石油儲量位居世界第一,為415.7億噸。我們所說的重油不只是天然重油,還包括常規原油加工過程中產生的渣油。比如大慶油田、勝利油田、新疆油田的原油等經過粗加工后,將近一半是渣油,這也屬于重油范疇。所以,我國的重油產量很大。2022年,我國原油產量重回2億噸,雖然天然重油在其中的占比不會太高,但是渣油加工量應該會增多,這對我們來說也是機會。重油不僅可以生產汽油、柴油和煤油,還可以生產特種潤滑油、基礎油等,甚至可以產生碳材料。
重油加工難度比較大,需要更先進的工藝和裝備。在石油仍將在相當長時期內不可替代的背景下,重油的技術和產業發展依然會有較大的發展空間。這次中國石油大學重質油國家重點實驗室(簡稱國重)重組,依然保留了“重質油”這一名稱,就是因為未來較長時間內,重質油將依然是我們科技研發的主戰場之一。
記者:近年來,重質油國家重點實驗室在科技創新方面取得了哪些重要突破?
徐春明:這些年,以中國石油大學重質油國家重點實驗室為主,包括中國石油、中國石化和中國海油等相關研究機構,為了順應分子煉油的發展趨勢,在分子表征方面取得了一些成績。
我們建立了重油“超臨界精細分離+高分辨質譜表征”新方法,取得了復雜多層次化學組成結構新認識,引領了國際重油化學基礎研究?,F在,我們能夠把重油里面有多少分子個數數清楚,這在十多年前是不敢想象的。我們甚至可以利用這種方法把煤焦油、大氣中的有機物質、海水里的有機質等分子組成搞清楚,這些將對資源化、無害化處理提供最重要的分子信息?,F在,國重實驗室除了做重油研究外,合作伙伴還擴展到了海洋有機質分析、空氣和水污染治理、煤制油等領域。
我們開發了“重油梯級分離”新工藝,建成了世界首套20萬噸/年重油梯級分離工業裝置;依托該工藝開發了催化裂化油漿生產高附加值針狀焦新技術,解決了我國針狀焦原料短缺及產品長期依賴進口的“卡脖子”問題,為鋰離子電池行業的快速發展提供了優質負極材料。近幾年,新能源汽車發展迅速,鋰離子電池是核心組成部分。鋰離子電池正極負極需要很多材料,針狀焦是鋰電池負極必不可少的成分之一,是生產超高功率電極、特種碳素材料、碳纖維及其復合材料等高端碳素制品的原料。目前,山東有家企業專門做針狀焦,已經成為亞洲最大、世界第二的針狀焦生產企業。未來,隨著新能源汽車、鋰電池的快速發展,針狀焦的需求會保持快速增長。
我們還建立了重油催化裂化反應器的流動反應耦合模型,對工業反應器及相關設備計算得到了大量以往未知的流場、溫度場和濃度場等工程信息,指導開發了2項具有重要影響的“貫通性”工程技術,替代了國外產品;研發了“雙金屬復合陰離子”型離子液體碳四烷基化新技術,解決了清潔汽油生產的重大需求,實現了產品和工藝的雙綠色化,打破了國外公司清潔汽油生產的技術壟斷,其最新一套工業裝置已于2022年8月在中國石油大港石化順利投產,為經濟社會發展提供了高質量超清潔汽油。
記者:作為中國石油大學重質油國家重點實驗室和碳中和未來技術學院的負責人,請您介紹下該實驗室和學院研究的重點課題涵蓋哪些方面?
徐春明:目前,重質油國家重點實驗室正在重組,我們對定位進行了較大調整。此前,該實驗室主要定位在學科領域,偏重應用基礎研究;重組后,將改為全國重點實驗室,主要針對某一領域、某一兩個方向里面核心的、終端性問題,以技術路線為主布局實驗室的發展。
對于重質油國家重點實驗室,我們確定了三個重點任務。第一,搞清楚重油里面所有的分子組成,這是基礎性任務;第二,基于重油里面的分子組成結構特點,最大程度研制特種燃料。在這個過程中會根據行業需要,滿足油品升級需求,也要適應轉型要求,比如針對高寒、高空、遠海等地區特征研發特種燃料、新的化工品、新材料等。第三,基于綠電應用的工藝變革。“雙碳”目標推出后,節能、電氣化等成為題中之義。如果通過綠電供熱方式能夠替代傳統燒煤、燒油、燒氣的加熱爐,就會帶來新的變革,可以消耗同等能量,但是沒有二氧化碳排放。所以我們在這個階段也是跨行合作,跟有關行業合作開發新的供熱方式,用綠電功能的專用裝備,實現對傳統加熱爐供熱方式的變革。這里面會有一些配套工藝和專業裝備來滿足綠電功能的需求。
中國石油大學(北京)碳中和未來技術學院于2021年9月成立,以人才培養為主。但在人才培養過程中,也需要科技的支撐,否則無法達成高層次人才培養的目標?,F在,碳中和未來技術學院設立了兩個專業,一個是儲能科學與工程,與綠電、綠氫、儲能密切相關;第二個專業碳儲科學與工程,以二氧化碳CCUS為主。該學院志在服務于國家“碳達峰、碳中和”的重大戰略需求,助力于能源行業向清潔低碳、智能化等方向轉型升級,打造引領未來技術科技發展和培養未來能源技術領軍人才的教學科研高地。
記者:您在治學和研究領域耕耘30多年,最深刻的感想是什么?
徐春明:首先要選準研究方向。同樣努力情況下,如果方向選擇不一樣,研究成效可能存在較大差異。其次,對于石油類學?;蛘呓鉀Q具體問題的院校來講,非常重要的一點是要有自己的研究團隊?,F在簡單問題基本已經解決完了,剩下都是難啃的骨頭,越往后任務越艱巨。這個過程中,靠單槍匹馬是不可能的,甚至是一個團隊都不行,至少需要一個集團軍。這次重質油國家重點實驗室重組的調整之一,就是希望將全國重點實驗室打造為一支國家戰略科技力量,從而通過集團軍作戰來攻克更多任務。這么多年來,中國石油大學(北京)能取得較大成績,基本都是團隊作戰為主。所以,團隊之間的支撐很重要。再次,做研究需要有跨學科的視角,現在學科領域越來越多,問題越來越復雜,研究過程中把其他學科的優勢特長拿來為我所用,這非常重要。我們目前就在和做電力、儲能研究的團隊進行合作。最后,一旦選準了研究方向,就要持之以恒??蒲泄ぷ骺雌饋砗茌p松,其實并非如此?,F在科研問題越來越復雜,期間難免會有磕磕絆絆。有些研究人員做了幾年,堅持不下去,就放棄了;可是如果能堅持下來,也許再進一步,就是柳暗花明。
徐春明院士和本刊記者親切交談
記者:對年輕一代石油學子,您有哪些冀望?
徐春明:除了學術方面提到的上述幾點,可以再加一點,就是要勞逸結合。在科研領域要想持之以恒,得有一副好身板,因為關鍵時刻得熬夜、加班。旺盛的精力和強壯的體魄,可以使我們走得更遠。對個人而言,如果健康出現了問題,所有的一切都失去了意義。
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(編輯 李昕陽)