“甲醇經(jīng)濟”應是能源過渡時代的主角

    隨著傳統(tǒng)化石能源的逐漸枯竭，當今世界逐漸步入“能源過渡時代”，以全球所需的量大面廣的主體能源而論，單獨依靠石油資源已不可能持續(xù)發(fā)展，必然要按地緣（地區(qū)或國家）的客觀條件和資源稟賦，本著“多元化”原則予以替代。但現(xiàn)代的常規(guī)能源如何過渡到“取之不盡、用之不竭”的新能源時代，以何種能源替代方能符合客觀規(guī)律，并平滑過渡從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，是“能源過渡時代”各國面臨的現(xiàn)實問題。

    對中國而言，需要依托自身資源優(yōu)勢，堅持以煤為主的多元結構，清潔、高效發(fā)展替代能源，以保證科學地過渡到新能源時代，才能夠自力更生解決好十三億人口的新興發(fā)展大國的能源可持續(xù)發(fā)展問題。

    發(fā)展甲醇經(jīng)濟可保證平滑過渡

    諾貝爾化學獎得主、美國著名有機化學家喬治•A•奧拉教授出版的《跨越油氣時代：甲醇經(jīng)濟》一書，提出了一個解決能源問題的新概念—甲醇經(jīng)濟，作為應對油氣時代過后解決能源問題的一條途徑。其原理是利用目前可獲得的礦物燃料資源及對二氧化碳加氫還原生產(chǎn)甲醇，在高油價的現(xiàn)狀下，不管是作為化工原料，還是作為替代燃料，甲醇及其下游衍生物都將在經(jīng)濟生活中扮演越來越重要的角色。

    早在2009年，金涌等29位中國工程院院士向中央上書舉薦的“甲醇產(chǎn)業(yè)新觀念”“交通新型能源的定位（甲醇燃料的優(yōu)勢）”以及“甲醇環(huán)境安全好”等論點，充分地闡明了“甲醇經(jīng)濟”是我國今后經(jīng)濟、社會可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。

    按喬治•A•奧拉教授的描述，石油、天然氣（或油田伴生氣）和煤之間的相互替代關系可以表述為圖一。

    從宏觀層面來看，煤基甲醇能源化工體系通過“多聯(lián)產(chǎn)”技術的有效耦合來實踐科學發(fā)展，正是充分體現(xiàn)其碳高效利用、低碳化和循環(huán)經(jīng)濟結合的新特點。從實踐來說，改革開放三十年來，中國在新一代煤基能源化工實踐中不斷探索，不僅在煤基能源化工“四大領域”部分領先世界，而且創(chuàng)建了全新的甲醇體系能源化工。它不僅可以全面替代石油化工，還可生產(chǎn)出石油化工所不能及的一碳化工系統(tǒng)的產(chǎn)品及衍生物。從資源利用、環(huán)境友好的角度論，已優(yōu)于石油化工。

    甲醇體系能源化工除了能產(chǎn)生優(yōu)于汽、柴、煤油的優(yōu)質潔凈能源外，在替代石油化工的優(yōu)勢方面，還可以做到投資省、成本低，隨著石油源的逐漸減少而愈發(fā)體現(xiàn)其優(yōu)越性。甲醇體系能源化工在傳統(tǒng)能源時代及新能源時代的過渡和銜接關系可以用二氧化碳替代化石能源示意圖表示。

    醇醚燃料替代油氣成共識

    醇醚可以作為劃時代的低碳交通燃料，是上世紀70年代兩次石油危機時代專家、學者等有識之士的共識。為此，當時即成立了世界醇燃料協(xié)會，每兩年召開一次世界醇燃料會議，2009年在印度召開的第十八屆大會上，世界各國的與會人士，進一步明確了在后石油時代，發(fā)展醇燃料是符合當代能源發(fā)展的必然規(guī)律的共識，并強調甲醇不僅可以在燃料電池中作為能源載體，而且將成為可以跨越油、氣時代的清潔新能源，為人類描繪了可以延長油氣時代、解決替代能源的可行性途徑。

    隨著時間的推進，業(yè)界對醇醚燃料的認識空前提高，特別是最近西亞、東北非政局動蕩，幾乎波及所有一流產(chǎn)油國，導致每桶油價復回到百美元之上。中國須有應對的措施和預案來保持國家可持續(xù)發(fā)展，立足于醇醚燃料替代將是可持續(xù)的萬全之策。

    中國“多聯(lián)產(chǎn)”技術世界領先

    在我國，發(fā)展醇醚燃料替代石油更具必要性和優(yōu)勢，因為這不僅全面體現(xiàn)低碳、節(jié)能、減排，是符合我國發(fā)展客觀規(guī)律的戰(zhàn)略，而且我國無論在燃料及車輛技術上均處于世界領先地位，同時相關人才隊伍已能與系統(tǒng)配套，并且做到體系完整，具備自我發(fā)展的條件。

    從需求總量及資源條件來看，這一戰(zhàn)略也符合我國作為發(fā)展中大國的地位和形象—本著對世界負責的精神充分利用自身資源，為發(fā)展中國家的發(fā)展樹立榜樣，為科學過渡到新能源時代、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展找到了符合國情的戰(zhàn)略發(fā)展之路。

    當前我國的甲醇產(chǎn)能已達2500萬噸/年，產(chǎn)量小于1500萬噸/年。一方面，煤基“多聯(lián)產(chǎn)”技術處于世界領先地位，另一方面，落后產(chǎn)能約占50%以上，未來淘汰落后產(chǎn)能將成為必然的選擇。

    據(jù)預測，2020年我國石油的對外依存度將達到70%，屆時年消耗量將達到6.5億噸。如果以1.4億噸標煤生產(chǎn)1億噸甲醇燃料計算，完全可能為國家減輕1億噸原油的進口壓力，石油的對外依存度可從70%降到58%，因此發(fā)展甲醇燃料既符合中國國情又符合后石油時代的客觀發(fā)展規(guī)律。

    同時，甲醇燃料應用的新領域正在不斷拓展。以甲醇燃料用于替代高級噴氣式飛機的航空煤油為例，甲醇燃料盡管熱值只有航空煤油的1/2，但內含一半的氧大大地提高了噴氣發(fā)動機在高空的能效，足以補償煤油熱值低的缺點。美國軍方已進行八年左右的應用研究，并已列裝用于實踐。

    據(jù)國際甲醇協(xié)會稱，美國波音公司和日本藤倉公司合作項目使用直接甲醇燃料電池（DMFC）在飛機上。波音和藤倉的目標是在2012年3月之前，DMFC技術全面實現(xiàn)商業(yè)飛機試驗的演示，并計劃在2015年開始全面生產(chǎn)推廣應用，這必將推動汽車應用的商業(yè)化進程。

    我國在對于高原地區(qū)、高海拔、低氣壓、低含氧量甲醇汽車的標定測試過程中，已發(fā)現(xiàn)甲醇燃料及汽車在節(jié)能減排中的強勁優(yōu)勢。近年來我國除了利用甲醇的化學結構優(yōu)越性開發(fā)新型高效清潔燃料外，還在發(fā)動機開發(fā)方面充分利用甲醇的特性，開發(fā)了新型高效替代柴油的載重及重型車輛，取得了可喜的成就。

    “甲醇經(jīng)濟”戰(zhàn)略路線圖

    中國經(jīng)濟社會的高速發(fā)展會持續(xù)50年左右乃至更長時間，這一階段的能源戰(zhàn)略重點是要解決好銜接新舊能源時代的可持續(xù)發(fā)展問題，具體描述如圖三。

    近期路線是以煤為主、多元發(fā)展的“甲醇經(jīng)濟”能源化工路線。可以通過配套建設輸送管道實現(xiàn)突破創(chuàng)新。以新疆為例，煤炭資源豐富且水資源條件很好的新疆，具備新一代煤基能源化工的發(fā)展基礎，應把資源優(yōu)勢轉化為經(jīng)濟優(yōu)勢，盡快地使各族人民得利。將煤炭資源轉化為甲醇后，由于其在常溫常壓下呈液態(tài)，且具有突出的優(yōu)勢如粘度小、閃點高、不易揮發(fā)、安全性好等，較石油產(chǎn)品的管輸更為有利。故在設計時，可提高線速，同直徑的管道可較大地提高運輸量。鑒于液體管輸較氣體（如天然氣）輸送具有投資少、輸送量大、成本低的特點。例如一條從南疆輸至上海的甲醇管道（直線距離約5000公里），可基本沿天然氣管道選線敷設，其投資約為150億元，按照φ800管徑（外徑800毫米）計算，年輸醇約3000萬～4500萬噸，其輸送成本低于80元/噸。按新疆的煤價及現(xiàn)實條件（以中等水平的甲醇制備工藝技術），每噸甲醇的生產(chǎn)成本小于1000元。再加上100元管道運輸成本計算，到上海的總成本約為1100元/噸，具有強勁的競爭優(yōu)勢。

    中遠期路線需與可控核聚變能相銜接，以徹底解決世界能源需求，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展：用2000℃以上高溫熱解水或電解水提供氘、氚核燃料，多余的氫與二氧化碳或煤資源提供的碳，在相應控制技術下，實現(xiàn)平衡發(fā)展（包括碳回收及碳循環(huán)的有效結合），做到碳源的取之不盡，用之不竭。

    化工行業(yè)是一個復雜體系的產(chǎn)業(yè)，涵蓋了20余個系統(tǒng)及產(chǎn)業(yè)，每個系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)都有自身特點及技術特征，且已經(jīng)形成了自身承的文化。在轉變發(fā)展方式、調整產(chǎn)業(yè)結構的過程中，必須處理好繼承和發(fā)展的重要關系，不能簡單化或不重視行業(yè)形成的系統(tǒng)特色及經(jīng)驗，否則將在發(fā)展中付出代價。

    煤基甲醇低碳能源化工體系具備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，并可以構成轉化、合成、制備人類生活生產(chǎn)所需的任何產(chǎn)物，再與天然物滲合、復合及改性等，可以在此基礎上創(chuàng)新發(fā)展最具潛力和優(yōu)勢的新興領域，長遠來看，生物及生命科學化工領域將大有作為。