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“甲醇经济”应是能源过渡时代的主角
    随着传统化石能源的逐渐枯竭,当今世界逐渐步入“能源过渡时代”,以全球所需的量大面广的主体能源而论,单独依靠石油资源已不可能持续发展,必然要按地缘(地区或国家)的客观条件和资源禀赋,本着“多元化”原则予以替代。但现代的常规能源如何过渡到“取之不尽、用之不竭”的新能源时代,以何种能源替代方能符合客观规律,并平滑过渡从而实现可持续发展,是“能源过渡时代”各国面临的现实问题。
    对中国而言,需要依托自身资源优势,坚持以煤为主的多元结构,清洁、高效发展替代能源,以保证科学地过渡到新能源时代,才能够自力更生解决好十三亿人口的新兴发展大国的能源可持续发展问题。
发展甲醇经济可保证平滑过渡

    诺贝尔化学奖得主、美国著名有机化学家乔治·A·奥拉教授出版的《跨越油气时代:甲醇经济》一书,提出了一个解决能源问题的新概念—甲醇经济,作为应对油气时代过后解决能源问题的一条途径。其原理是利用目前可获得的矿物燃料资源及对二氧化碳加氢还原生产甲醇,在高油价的现状下,不管是作为化工原料,还是作为替代燃料,甲醇及其下游衍生物都将在经济生活中扮演越来越重要的角色。
    早在2009年,金涌等29位中国工程院院士向中央上书举荐的“甲醇产业新观念”“交通新型能源的定位(甲醇燃料的优势)”以及“甲醇环境安全好”等论点,充分地阐明了“甲醇经济”是我国今后经济、社会可持续发展的战略选择。
    从宏观层面来看,煤基甲醇能源化工体系通过“多联产”技术的有效耦合来实践科学发展,正是充分体现其碳高效利用、低碳化和循环经济结合的新特点。从实践来说,改革开放三十年来,中国在新一代煤基能源化工实践中不断探索,不仅在煤基能源化工“四大领域”部分领先世界,而且创建了全新的甲醇体系能源化工。它不仅可以全面替代石油化工,还可生产出石油化工所不能及的一碳化工系统的产品及衍生物。从资源利用、环境友好的角度论,已优于石油化工。
    甲醇体系能源化工除了能产生优于汽、柴、煤油的优质洁净能源外,在替代石油化工的优势方面,还可以做到投资省、成本低,随着石油源的逐渐减少而愈发体现其优越性。甲醇体系能源化工在传统能源时代及新能源时代的过渡和衔接关系可以用二氧化碳替代化石能源示意图表示。
醇醚燃料替代油气成共识

    醇醚可以作为划时代的低碳交通燃料,是上世纪70年代两次石油危机时代专家、学者等有识之士的共识。为此,当时即成立了世界醇燃料协会,每两年召开一次世界醇燃料会议,2009年在印度召开的第十八届大会上,世界各国的与会人士,进一步明确了在后石油时代,发展醇燃料是符合当代能源发展的必然规律的共识,并强调甲醇不仅可以在燃料电池中作为能源载体,而且将成为可以跨越油、气时代的清洁新能源,为人类描绘了可以延长油气时代、解决替代能源的可行性途径。
    随着时间的推进,业界对醇醚燃料的认识空前提高,特别是最近西亚、东北非政局动荡,几乎波及所有一流产油国,导致每桶油价复回到百美元之上。中国须有应对的措施和预案来保持国家可持续发展,立足于醇醚燃料替代将是可持续的万全之策。
中国多联产技术世界领先

    在我国,发展醇醚燃料替代石油更具必要性和优势,因为这不仅全面体现低碳、节能、减排,是符合我国发展客观规律的战略,而且我国无论在燃料及车辆技术上均处于世界领先地位,同时相关人才队伍已能与系统配套,并且做到体系完整,具备自我发展的条件。
    从需求总量及资源条件来看,这一战略也符合我国作为发展中大国的地位和形象—本着对世界负责的精神充分利用自身资源,为发展中国家的发展树立榜样,为科学过渡到新能源时代、实现可持续发展找到了符合国情的战略发展之路。
    当前我国的甲醇产能已达2500万吨/年,产量小于1500万吨/年。一方面,煤基“多联产”技术处于世界领先地位,另一方面,落后产能约占50%以上,未来淘汰落后产能将成为必然的选择。
    据预测,2020年我国石油的对外依存度将达到70%,届时年消耗量将达到6.5亿吨。如果以1.4亿吨标煤生产1亿吨甲醇燃料计算,完全可能为国家减轻1亿吨原油的进口压力,石油的对外依存度可从70%降到58%,因此发展甲醇燃料既符合中国国情又符合后石油时代的客观发展规律。
    同时,甲醇燃料应用的新领域正在不断拓展。以甲醇燃料用于替代高级喷气式飞机的航空煤油为例,甲醇燃料尽管热值只有航空煤油的1/2,但内含一半的氧大大地提高了喷气发动机在高空的能效,足以补偿煤油热值低的缺点。美国军方已进行八年左右的应用研究,并已列装用于实践。
    据国际甲醇协会称,美国波音公司和日本藤仓公司合作项目使用直接甲醇燃料电池(DMFC)在飞机上。波音和藤仓的目标是在2012年3月之前,DMFC技术全面实现商业飞机试验的演示,并计划在2015年开始全面生产推广应用,这必将推动汽车应用的商业化进程。
    我国在对于高原地区、高海拔、低气压、低含氧量甲醇汽车的标定测试过程中,已发现甲醇燃料及汽车在节能减排中的强劲优势。近年来我国除了利用甲醇的化学结构优越性开发新型高效清洁燃料外,还在发动机开发方面充分利用甲醇的特性,开发了新型高效替代柴油的载重及重型车辆,取得了可喜的成就。
甲醇经济战略路线图

    中国经济社会的高速发展会持续50年左右乃至更长时间,这一阶段的能源战略重点是要解决好衔接新旧能源时代的可持续发展问题,具体描述如图三。
    近期路线是以煤为主、多元发展的“甲醇经济”能源化工路线。可以通过配套建设输送管道实现突破创新。以新疆为例,煤炭资源丰富且水资源条件很好的新疆,具备新一代煤基能源化工的发展基础,应把资源优势转化为经济优势,尽快地使各族人民得利。将煤炭资源转化为甲醇后,由于其在常温常压下呈液态,且具有突出的优势如粘度小、闪点高、不易挥发、安全性好等,较石油产品的管输更为有利。故在设计时,可提高线速,同直径的管道可较大地提高运输量。鉴于液体管输较气体(如天然气)输送具有投资少、输送量大、成本低的特点。例如一条从南疆输至上海的甲醇管道(直线距离约5000公里),可基本沿天然气管道选线敷设,其投资约为150亿元,按照φ800管径(外径800毫米)计算,年输醇约3000万~4500万吨,其输送成本低于80元/吨。按新疆的煤价及现实条件(以中等水平的甲醇制备工艺技术),每吨甲醇的生产成本小于1000元。再加上100元管道运输成本计算,到上海的总成本约为1100元/吨,具有强劲的竞争优势。
    中远期路线需与可控核聚变能相衔接,以彻底解决世界能源需求,实现可持续发展:用2000℃以上高温热解水或电解水提供氘、氚核燃料,多余的氢与二氧化碳或煤资源提供的碳,在相应控制技术下,实现平衡发展(包括碳回收及碳循环的有效结合),做到碳源的取之不尽,用之不竭。
    化工行业是一个复杂体系的产业,涵盖了20余个系统及产业,每个系统和产业都有自身特点及技术特征,且已经形成了自身承的文化。在转变发展方式、调整产业结构的过程中,必须处理好继承和发展的重要关系,不能简单化或不重视行业形成的系统特色及经验,否则将在发展中付出代价。
    煤基甲醇低碳能源化工体系具备完整地提供石油化工及一碳化工的衍生物和化合物的能力,并可以构成转化、合成、制备人类生活生产所需的任何产物,再与天然物渗合、复合及改性等,可以在此基础上创新发展最具潜力和优势的新兴领域,长远来看,生物及生命科学化工领域将大有作为。
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