2021年12月31日晚20時，“2022科學跨年系列活動”之“2022科學跨年之夜”在北京廣播電視臺科教頻道播出，人民日報客戶端、新華社客戶端、“學習強國”學習平臺、央視頻、中國青年報客戶端、中國科技網、北京時間、北京日報客戶端、北京16+1區融媒體中心新媒體平臺、科協頻道、北京科技報客戶端、騰訊新聞、今日頭條、嗶哩嗶哩、新浪科技、微博、抖音、微信視頻號等新媒體網絡平臺聯合播出。

“2022科學跨年之夜”活動由北京市科學技術協會、北京市廣播電視局、北京廣播電視臺主辦，北京科學中心、北京電視產業發展集團有限公司承辦，北京科技報社、北京科技記者編輯協會協辦,北京廣播電視臺科教頻道中心制作。

作為“2022科學跨年系列活動”的主要活動之一，“2022科學跨年之夜”以“科技創新，自立自強”為主題，邀請北京市科學技術協會主席、中國工程院院士、中國醫學科學院基礎醫學研究所分子生物學國家重點實驗室主任劉德培作新年致辭，邀請高德利、樊代明、孫寶國、蘇東林四位院士和張德良、吳季、陳寶權、陶飛、張立、沈陽等六位在各自領域做出重大貢獻的科學家，分別就“雙碳”行動、后疫情時代、智止流言、科技自立自強、科學家精神、激發好奇心、科技冬奧、數字經濟、保護生物多樣性、元宇宙等為主題，向公眾講述了重大科研成果的創造故事、建設科技強國的奉獻故事、國家科技發展的進步故事，展現科學家們立志實現“高水平科技自立自強”的信心和決心，科技報國的奮斗豪情，使“愛國、創新、求實、奉獻、協同、育人”的科學家精神真正觸達人心?？茖W家的演講內容反映了北京建設國際科技創新中心的成就，以此激發科研工作者的創新活力，賦能首都創新發展。

本次活動也是北京市廣播電視局和北京市科協攜手打造首都科普“新視聽”后落地播出的首個熒屏品牌，成為推動北京廣播電視網絡視聽和首都公民科學素質建設融合發展的一次重要嘗試。

“雙碳”行動：

神奇的地下“井工廠”

高德利

中國科學院院士

中國石油大學（北京）石油與天然氣工程

國家重點學科負責人

石油工程教育部重點實驗室主任

石油、天然氣、煤炭，是當今世界的三大能源支柱?？墒沁@三大支柱，也是排放二氧化碳的“大戶”，尤其是煤炭。2020年，我國的能源消費結構中，煤炭、石油、天然氣加在一起，占比接近85%（其中煤炭近57%）。

為了阻遏全球變暖，我國提出了“雙碳”目標，即：力爭于2030年前二氧化碳排放達到峰值，并努力爭取在2060年前實現碳中和。在國家“雙碳”戰略目標的要求下，我們必須減排。

既要實現“碳達峰、碳中和”目標，又要保障國家能源安全，這是我國面臨的重大需求和挑戰。在可以預見的未來，傳統化石能源依舊是人類所依賴的主要能源，因此我們必須推動傳統化石能源的綠色開發與利用，亟需用創新性思維和辦法來解決相關問題。

煤炭不能簡單放棄

在我國大力推進碳減排的形勢下，把煤炭“換掉”行不行？立足于現實來說，這是很難做到的。

我國陸地埋深在1000~3000米這個層面的煤炭資源量將近3.8萬億噸，埋深超過3000米的更深部還有不少煤炭資源，而且海洋覆蓋區域也蘊藏著豐富的煤炭資源?？梢哉f，我國是一個名副其實的“煤炭大國”。

人們平時生活和生產中使用的電力，其實屬于“二次能源”，是燃燒煤炭或其他能源資源轉化而來的。如今我國電力的供應基本上是穩定的，但是，如果離了煤電，電力供應的安全保障就會受到很大影響。2021年，全國很多地方電力供應緊張，甚至限電、斷電，就與煤炭供應減少有很大的關系。

我們不妨換一種新的思路：能不能把煤炭等化石能源變成低排放的低碳清潔能源？如果我們實現了這個目標，就既能保證國家能源安全，又能兼顧環保減排的要求。

高德利院士在科學跨年夜現場演講 攝影/張星海

我們要怎么樣才能實現這個目標呢？我們可以想辦法把原本建在地面的煤制氣（氫氣及其他燃氣）、煤制油等化工廠及煤電廠，都“搬到”地下去就好了。

例如，讓煤炭在地下實現綠色、低碳的轉化，產出氫氣、甲烷氣等氣態能源，而包括煤灰、煤渣等在內的固體廢物，則可全都留在地下。如此一來，我們國家能源消費結構就可以跨越石油時代，從目前的煤炭時代進入未來的氣態能源時代。

神奇的地下“井工廠”

地下煤層中往往含有煤層氣，其主要成分為甲烷氣（學名），它還有一個恐怖的名字叫“瓦斯”。很多人都知道，煤礦瓦斯爆炸，是采煤過程中的第一大“殺手”。再者，煤層氣如果被釋放到大氣中，還會導致嚴重的溫室效應，等量煤層氣所產生的溫室效應要大于二氧化碳的20多倍。

但從另一個角度來看，煤層氣其實也是種低碳清潔的非常規天然氣。相關資料顯示，我國陸上煤層氣資源量達到71萬億立方米，其中埋深超過2千米的煤層氣資源量超過40萬億立方米。在采煤前先將煤層氣開采出來，即“先采氣后采煤”，這不僅能減少煤礦瓦斯災害、保護大氣環境，而且還能增加天然氣供給，緩解我國天然氣供求矛盾。

如何開采這些深層能源資源呢？我們可以在采煤之前，首先在地下開設“工廠”，把危險的煤層氣開采出來，作為一種低碳清潔的氣態能源加以利用。

地下數千米的深處，人員作業的危險性和成本都很高，所以要在地下開設“工廠”，主要依靠定向鉆掘技術。這類通過鉆掘來建立的工廠顯然有別于地面上搭建的工廠，可以稱之為地下“井工廠”。

定向鉆掘技術在油氣行業內已經比較成熟了，對于地下深層的油氣，人們通常是在地下建立通道，讓油氣自己流出來。雖然聽起來像水井一樣簡單，但實際上油氣井的結構更復雜，而且更深（如今我國最深的油氣井已超過9000米了）。

借助油氣領域“定向鉆掘”的技術，地下工廠所需的管道、反應室等，都可以按需鉆出來，可以控制鉆頭幾乎是“想去哪就去哪”。

地下“井工廠”概念示意圖 供圖/高德利

我們有一個概念設計：首先在煤層頂部沿著水平方向打一個幾百米（甚至上千米）的生產井，并做適當的增產改造，配套各種設施和功能。

而在煤層的底部，還要鉆一些水平加熱井，進行煤礦的加熱轉化——煤層氣會吸附在煤炭上，給開采造成難度，如果在煤層底部加熱，這些煤層氣就會解吸出來，最終進入生產井，使煤層氣的產量增加、采收率提高。

在煤層氣采集完成的基礎上，可對地下“井工廠”進行適當改造，以便將剩下的煤炭轉化為氣態能源等。

可以說，這項技術戰略舉措對于我國深地煤層氣與煤炭一體化綠色開發來說，是極具突破性的一環。

采用綠色能源給地下“井工廠”供電

在煤層氣的采集過程中，地下“井工廠”的電加熱設備需要耗電來加熱煤層。我國如今還是以火力發電為主，如果用火力發電的方式給礦井設備供電，豈不是“撿了芝麻，丟了西瓜”？因此，使用清潔能源發電也是很重要的。

例如，我們可以利用風能、太陽能等可再生能源電力為礦井設備供電，讓“井工廠”用上“更好的電”，可促使深地能礦綠色高效開發工程實現節能減排與降本增效的目標。

“井工廠”和可再生能源電力相結合，可以做到因地制宜、就地取材。比如開采煤炭的礦場恰好風很大，就能利用風能發電；光照條件好，就可以采用光伏發電。

風能和太陽能雖然清潔，但有一個無法回避的問題：不穩定。這些可再生能源的輸出，受到天氣變化的強烈影響。幸而這些不穩定性對“井工廠”的影響不是特別大。只要再加一些儲能的設施，就完全可以加以調節。相關技術還有待研發，并需要多學科交叉融合。

總之，既要實現“雙碳”目標，又要保障國家能源安全，這是我國面臨的重大需求和挑戰，在可以預見的未來，傳統化石能源依舊是人類所依賴的主要能源，因此我們必須推動傳統化石能源的綠色開發與利用，必須用創新性思維和辦法來解決核心問題。

推動我國實現“雙碳”是一項關系到我國未來數十年發展的戰略性舉措，其不僅是履行我國作為世界第二大經濟體的國際義務與責任，也是我國實現發展方式轉型的必然路徑。

根據我國能源礦產資源的稟賦情況，“深地能礦原位轉化與綠色高效開發利用”技術應該成為我國實現“雙碳”戰略目標和保障國家能源安全的重大戰略舉措之一，特別是面對那些埋深超過1000米的深部煤炭與煤層氣資源一體化綠色高效開發難題，這樣的戰略舉措很可能是必由之路，其潛在的經濟社會價值難以估量。

另外，通過實施如此重大的戰略舉措，可望建立跨行業交叉融合與協同創新發展范式，同時在深地能礦原位轉化與綠色高效開發領域形成新的學科與產業布局，甚至在很大程度上引領未來能源技術的發展方向。

詳情見鏈接：

北京電視臺科教頻道：https://item.btime.com/509hpmrncc48gloabi2761n1atk

北京科協：https://mp.weixin.qq.com/s/kNUDQjSneOD8p50TYcAC9w

（編輯 李昕陽）