煤制氣過程中的水污染

長(zhǎng)期以來，我國(guó)煤制天然氣（以下簡(jiǎn)稱“煤制氣”）產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢。隨著近年來我國(guó)霧霾天氣頻頻出現(xiàn)，為防治嚴(yán)重霧霾污染，煤制氣迎來迅猛發(fā)展的契機(jī)。2012年國(guó)家發(fā)布《天然氣發(fā)展“十二五”規(guī)劃》、2013年發(fā)布《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，都有力推動(dòng)了煤制氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)多家企業(yè)也紛紛啟動(dòng)了煤制氣項(xiàng)目。

有數(shù)據(jù)顯示，國(guó)家能源局規(guī)劃到2020年煤制氣產(chǎn)量目標(biāo)為500億立方米/年，但目前我國(guó)建成、在建或擬建的煤制氣項(xiàng)目已超過60個(gè)，年預(yù)計(jì)產(chǎn)業(yè)規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了規(guī)劃目標(biāo)。

今年7月22日，國(guó)家能源局下發(fā)了《關(guān)于規(guī)范煤制油、煤制天然氣產(chǎn)業(yè)科學(xué)有序發(fā)展的通知》，明確了嚴(yán)格能源轉(zhuǎn)化效率、水耗、排放等產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)入要求，對(duì)煤制氣的發(fā)展做出了進(jìn)一步規(guī)范，規(guī)定年產(chǎn)20億立方米及以下規(guī)模的煤制氣項(xiàng)目不再審批通過，并嚴(yán)禁在煤炭資源凈調(diào)入省發(fā)展煤制氣項(xiàng)目。

對(duì)于借助霧霾天氣防治而迅速發(fā)展的煤制氣產(chǎn)業(yè)來說，這一紙文件被解讀為對(duì)煤制氣行業(yè)的“降溫”。

國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化戰(zhàn)略研究和國(guó)際合作中心主任李俊峰表示，雖然有著政策利好因素，但水耗、能耗、污染處理以及碳排放等實(shí)際問題，也著實(shí)讓不少煤制氣企業(yè)陷入兩難境地。尤其是煤制氣項(xiàng)目在生產(chǎn)過程中水資源消耗量較大，目前我國(guó)煤制氣項(xiàng)目多布局在西北干旱、環(huán)境敏感區(qū)域，對(duì)水資源和生態(tài)環(huán)境來說，都將成為難以承受之重。

政策、經(jīng)濟(jì)因素推動(dòng)煤制氣產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展

目前我國(guó)建成、在建或擬建的煤制氣項(xiàng)目已超過60個(gè)，年總產(chǎn)能超過2600億立方米，為國(guó)家規(guī)劃2020年總量規(guī)模的5倍

煤炭是我國(guó)的主體能源。近年來，面對(duì)日趨嚴(yán)重的大氣污染，減少燃煤、改變以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，成為大氣污染治理的重點(diǎn)。許多省市在能源規(guī)劃中，也提出擴(kuò)大天然氣供應(yīng)的目標(biāo)，我國(guó)對(duì)天然氣供應(yīng)的需求也因此與日俱增。

在“富煤、缺油、少氣”的資源條件下，發(fā)展煤制氣產(chǎn)業(yè)成為現(xiàn)實(shí)的選擇。

事實(shí)上，在2012年前煤制氣并不受鼓勵(lì)，甚至是限制發(fā)展的對(duì)象。國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化戰(zhàn)略研究和國(guó)際合作中心主任李俊峰表示，煤制氣與煤制油、煤制甲醇等其他煤化工產(chǎn)品類似，但其生產(chǎn)過程中在節(jié)能、節(jié)水和二氧化碳排放方面處于劣勢(shì)地位。因此長(zhǎng)期以來，國(guó)家將其作為高耗能、高污染、高耗水的產(chǎn)業(yè)進(jìn)行管理，其發(fā)展也受到了限制。

“近年來，在我國(guó)中東部地區(qū)出現(xiàn)的大面積霧霾污染，嚴(yán)重危害到人們的身心健康，構(gòu)建清潔能源體系成為我國(guó)當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。”李俊峰說。

2013年9月，國(guó)務(wù)院出臺(tái)了《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》。作為加快清潔能源替代利用的方式之一，煤制氣被賦予重要角色。這也為之前一直嚴(yán)控的煤制氣產(chǎn)業(yè)提供了發(fā)展契機(jī)。

除了政策因素之外，近年來煤炭?jī)r(jià)格下降、天然氣需求量迅速增加，也成為推動(dòng)中西部產(chǎn)煤區(qū)紛紛上馬煤制氣項(xiàng)目的一個(gè)重要因素。

李俊峰說，煤制氣在國(guó)內(nèi)的發(fā)展幾經(jīng)周折。2011年以前，煤炭?jī)r(jià)格高企，煤制氣成本在每立方米兩元左右，與國(guó)內(nèi)常規(guī)天然氣價(jià)格持平，煤制氣生產(chǎn)幾乎無利可圖。不過，從2011年起，隨著國(guó)內(nèi)外煤炭?jī)r(jià)格持續(xù)下跌，天然氣價(jià)格迅速增長(zhǎng)，煤制氣生產(chǎn)成本下降到每立方米1.7元左右，而國(guó)內(nèi)常規(guī)天然氣價(jià)格維持在每立方米2.5元以上。

此外，我國(guó)正在加快調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，加大天然氣等清潔能源供應(yīng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年，我國(guó)天然氣消費(fèi)量達(dá)1676億立方米，年進(jìn)口天然氣530億立方米，估計(jì)供需缺口達(dá)到了220億立方米/年。

“特別是京津冀控制霧霾的各項(xiàng)措施出臺(tái)，天然氣成為稀缺資源。例如北京新增天然氣的門站價(jià)格高達(dá)每立方米3.14元，這導(dǎo)致煤制氣的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)增強(qiáng)。”李俊峰說，煤氣價(jià)格變化、天然氣需求量和進(jìn)口量持續(xù)增長(zhǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，為我國(guó)中西部產(chǎn)煤地區(qū)發(fā)展煤制氣產(chǎn)業(yè)提供了較大的利潤(rùn)空間和發(fā)展機(jī)遇，也成為中西部地區(qū)化解煤炭產(chǎn)能過剩和拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新機(jī)遇。

李俊峰說，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2013年10月，我國(guó)建成、在建或擬建的煤制天然氣項(xiàng)目共61個(gè)，年總產(chǎn)能達(dá)到2693億立方米。這些項(xiàng)目大部分布在嚴(yán)重缺水的內(nèi)蒙古自治區(qū)、新疆維吾爾自治區(qū)等西部地區(qū)。

按國(guó)家能源局規(guī)劃，到2020年，我國(guó)煤制氣產(chǎn)量目標(biāo)為500億立方米/年，而目前煤制氣產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了計(jì)劃總量規(guī)模的5倍。

七成煤制氣項(xiàng)目位于水資源緊張區(qū)域

目前已獲批煤制氣項(xiàng)目有75%處于水資源高度緊張地區(qū)。煤制氣耗水量巨大，水資源問題將成為其必須面對(duì)的一道坎兒

雖然算算經(jīng)濟(jì)賬，煤制氣產(chǎn)業(yè)有著一條不錯(cuò)的出路，但水資源問題仍是一道繞不過的坎兒。

數(shù)據(jù)顯示，從煤制氣的產(chǎn)能規(guī)模來看，內(nèi)蒙古自治區(qū)的鄂爾多斯市及周邊的蒙西地區(qū)、新疆維吾爾自治區(qū)占了主要部分；從項(xiàng)目分布看，被統(tǒng)計(jì)的已建或在建、擬建中煤制氣項(xiàng)目，有46個(gè)分布在水資源非常貧乏的西北地區(qū)。

以內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市為例，2015年全市用水總量指標(biāo)是16.58億立方米、2020年是16.79億立方米，但2012年其用水總量已達(dá)15.69億立方米。目前鄂爾多斯市共承接了總計(jì)436億立方米/年煤制氣項(xiàng)目，這些項(xiàng)目每年預(yù)計(jì)將消耗高達(dá)3億立方米的水資源。

2011年中央“1號(hào)文件”提出推行最嚴(yán)格的水資源管理政策，對(duì)用水等進(jìn)行總量控制。李俊峰認(rèn)為，即使煤制氣可行，也不應(yīng)該集中在嚴(yán)重缺水的西北部地區(qū)。

據(jù)估算，煤制氣的平均耗水量約為煤直接利用的18倍。按照國(guó)家要求，生產(chǎn)1000立方米煤制氣的最高水耗不能超過6.9噸，但在實(shí)際運(yùn)行中，耗水往往都會(huì)超過這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

李俊峰說，由于煤制氣的耗水量主要集中在生產(chǎn)過程，每千立方米耗水量高達(dá)8噸以上，約占全生命周期的42%， 考慮到我國(guó)發(fā)展煤制氣產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目大部分集中在西部水資源貧乏地區(qū)，發(fā)展煤制氣必然會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)乇緛砭秃艽嗳醯纳鷳B(tài)環(huán)境帶來更大的負(fù)面影響，同時(shí)擠占了這些地區(qū)發(fā)展其他產(chǎn)業(yè)和人民生活水平提高的水資源空間。

目前，我認(rèn)為水安全比能源安全形勢(shì)更重要、更緊迫。能源是戰(zhàn)略資源，但水是生命之源。如果未來我國(guó)所需求的水有10%需要到國(guó)外采購的話，屆時(shí)生存都可能會(huì)出現(xiàn)問題。”李俊峰強(qiáng)調(diào)，從水安全角度來說，煤制氣必然受到巨大的制約。特別是在嚴(yán)重缺水的西部地區(qū)，不應(yīng)該把發(fā)展煤制氣及發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)作為拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)的戰(zhàn)略舉措。

廈門大學(xué)能源經(jīng)濟(jì)研究中心主任林伯強(qiáng)也表示，生產(chǎn)煤制氣需要消耗大量水資源。目前通過國(guó)家發(fā)改委審批開展前期工作或者已經(jīng)被核準(zhǔn)的煤制氣項(xiàng)目，大多集中在中西部煤炭資源比較豐富的地區(qū)，這些地區(qū)的水資源卻往往比較缺乏。

“如果新建的煤制氣項(xiàng)目加劇這些地區(qū)缺水現(xiàn)狀，水資源供給問題反過來將會(huì)對(duì)煤制氣生產(chǎn)和收益造成負(fù)面影響，需要慎重對(duì)待。”林伯強(qiáng)說。

有研究機(jī)構(gòu)指出，迄今為止，我國(guó)已獲批的煤制氣項(xiàng)目75%處于水資源高度緊張的地區(qū)。這些項(xiàng)目全部投產(chǎn)后，將會(huì)加劇干旱地區(qū)本來就缺水的窘境。同時(shí)，由于中西部干旱地區(qū)在雨季和旱季之間的水供應(yīng)變化無常，也會(huì)使得煤制氣企業(yè)面臨隨時(shí)減產(chǎn)甚至?xí)簳r(shí)停產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。

總煤炭消耗量、溫室氣體排放量增加

從全生命周期來看，煤制氣過程中的煤耗和溫室氣體排放都在增加。對(duì)于減排來說，相當(dāng)于減在A區(qū)，增在B區(qū)

煤制氣產(chǎn)業(yè)為治理霧霾而生，但在“制”的過程中卻消耗了更多的煤，產(chǎn)生了更多的溫室氣體。

據(jù)清華大學(xué)氣候政策研究中心測(cè)算，北京市每年從內(nèi)蒙古引進(jìn)40億立方米煤制氣，這將替代北京市約894萬噸的煤炭消費(fèi)，而內(nèi)蒙古自治區(qū)因?yàn)槊磕晟a(chǎn)40億立方米煤制氣會(huì)增加煤炭消費(fèi)約1203萬噸。盡管北京市因?yàn)槭褂妹褐茪馓娲禾慷鴾p少了約738萬噸的溫室氣體排放，但兩地總計(jì)將會(huì)凈增加約377萬噸的溫室氣體排放。

華南理工大學(xué)化工與能源學(xué)院院長(zhǎng)錢宇也表示，煤制氣效率僅為55%，是比較低的，有很多能量損失。從國(guó)家層面來說，總煤炭消耗量將會(huì)大幅增加。

根據(jù)國(guó)家對(duì)煤制氣的耗煤量指標(biāo)計(jì)算，每生產(chǎn)1000立方米煤制氣就會(huì)排放出4.83噸二氧化碳。2000多億立方米的總產(chǎn)能，每年排放的二氧化碳將會(huì)超過10億噸。

“雖然國(guó)家發(fā)改委曾要求新疆準(zhǔn)東煤制氣示范項(xiàng)目利用煤制氣工廠產(chǎn)生的高濃度二氧化碳，在周圍油田開展驅(qū)動(dòng)及封存的試驗(yàn)示范，但根據(jù)現(xiàn)有的已公開資料，目前沒有一個(gè)項(xiàng)目配套涉及了碳捕捉、封存和利用項(xiàng)目。”錢宇說。

錢宇表示，在城市用煤制氣供熱比直接燃煤供熱，可減少98%的霧霾污染物排放，降低霧霾效果顯著，但二氧化碳的排放量將直線上升。

李俊峰做的一項(xiàng)研究顯示，煤制氣排放的二氧化碳的大部分來自燃料生產(chǎn)過程，占到了其全生命周期二氧化碳排放的70%左右。從全生命周期來看，相當(dāng)于煤制氣的煤耗和溫室氣體排放減在A區(qū)、增在B區(qū)。

對(duì)此，李俊峰強(qiáng)調(diào)，由于煤制氣替代其他技術(shù)都會(huì)產(chǎn)生更高的能源消耗及溫室氣體排放，發(fā)展煤制氣將擠占各地的能源消費(fèi)總量和碳排放空間，增加我國(guó)能源消耗總量和溫室氣體排放總量。

“煤制氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展，從某種程度上來說，是以整體一次能源消費(fèi)和溫室氣體排放來換取部分地區(qū)的能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并不適宜作做為清潔化、低碳化措施在全國(guó)大規(guī)模推廣。從全局看，這與能源體系低碳化發(fā)展方向是相悖的。”李俊峰說。

林伯強(qiáng)也認(rèn)為，如果從全國(guó)范圍來看，煤制氣沒有達(dá)到改變以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)目的，也達(dá)不到減少碳排放的

目的，因?yàn)閷⑸a(chǎn)過程考慮在內(nèi)，煤制氣的溫室氣體和其他污染物排放，比直接使用煤炭還要多。大規(guī)模發(fā)展煤制氣替代燃煤，實(shí)際上只是將污染排放從東部轉(zhuǎn)移到了西部，整體上還是增加了全國(guó)的排放量。

煤制氣是機(jī)動(dòng)車燃料較好替代方案

從經(jīng)濟(jì)性比較情況看，除了替代車用燃料外，發(fā)展煤制氣并不具有優(yōu)勢(shì)，并且替代車用燃料的可行性也是有條件的

李俊峰將煤制氣與燃煤大、中型鍋爐，電磁爐、汽油小汽車、柴油公交車等能源使用方式，從全生命周期進(jìn)行了技術(shù)環(huán)境指標(biāo)分析比較。他發(fā)現(xiàn)與其他技術(shù)相比，煤制氣全生命周期的能源消耗將增加20%~110%，水資源消耗是其他技術(shù)的4倍~6倍，二氧化碳排放量比其他替代技術(shù)分別高出10%~270%。

“從削減包括二氧化硫和氮氧化物在內(nèi)的污染物角度來看，除了替代燃煤發(fā)電之外，其環(huán)境效益是可以接受的，其中以替代車用燃料的優(yōu)勢(shì)最大，分別可以減少70%的二氧化硫和氮氧化物的排放。”李俊峰說。

在煤制氣替代經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上，假設(shè)天然氣價(jià)格為3元/立方米、煤炭成本500元/噸、居民用電0.56元/度、柴汽油價(jià)格為8元/升。李俊峰經(jīng)粗略比較發(fā)現(xiàn)，使用煤制氣發(fā)電是燃煤發(fā)電上網(wǎng)平均價(jià)格的2.5倍；在供熱方面，煤制氣成本分別是中、大型燃煤鍋爐的4倍、5倍；替代家庭炊事，煤制氣價(jià)格與常規(guī)天然氣、電炊持平，是蜂窩煤的兩倍；替代車用燃料，煤制氣價(jià)格是普通汽油和柴油的一半。

“從經(jīng)濟(jì)性比較情況看，除了替代車用燃料外，發(fā)展煤制氣并不具有優(yōu)勢(shì)，并且替代車用燃料的可行性也是有條件的。”李俊峰說。

錢宇對(duì)此分析表示認(rèn)同。他也表示，煤制氣僅在機(jī)動(dòng)車燃料上是較好的替代方案，“煤制氣用于公交燃?xì)夥矫嬉獌?yōu)于柴油。但如果用甲醇替代柴油做為公交車燃料的話，比煤制氣更有優(yōu)勢(shì)，不僅能更有效地減少污染物排放，還可利用我國(guó)過剩的甲醇產(chǎn)能。”

不能一擁而上發(fā)展煤制氣

一擁而上發(fā)展煤制氣，將對(duì)我國(guó)能源供應(yīng)體系建設(shè)、應(yīng)對(duì)氣候變化和環(huán)境帶來不可估量的負(fù)面影響

中德可再生能源合作中心執(zhí)行主任陶光遠(yuǎn)表示，當(dāng)前煤制氣產(chǎn)業(yè)得以迅猛發(fā)展，一個(gè)重要的原因是為了治理燃煤污染，但燃煤污染，“錯(cuò)不在煤而在人”。

陶光遠(yuǎn)把德國(guó)魯爾區(qū)與北京進(jìn)行了比較，魯爾區(qū)面積只有北京的1/3，其燃煤電站裝機(jī)功率與北京相當(dāng)，每年還可煉2000多萬噸鋼。但其空氣中的PM2.5濃度不到北京的1/3。

“柏林的Moabit熱電聯(lián)供站距德國(guó)總理府的距離不到3000米，德國(guó)紐倫堡市的垃圾焚燒廠距市中心市場(chǎng)廣場(chǎng)不到3000米。1992年，德國(guó)有16%家庭燃煤采暖，現(xiàn)在仍有幾百萬個(gè)燃煤采暖爐，但城市環(huán)境依然非常干凈。”陶光遠(yuǎn)說，紐倫堡垃圾焚燒廠煙塵排放為0.08mg/m3~1.19mg/m3，而中國(guó)的大部分燃煤發(fā)電廠的煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)為50mg/m3左右，燃煤發(fā)電廠未來的煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)是小于20g/m3~30mg/m3，上海外高橋第三發(fā)電廠的煙塵排放情況為11mg/m3。

“事實(shí)證明，燃煤不是個(gè)環(huán)境問題。中國(guó)如果實(shí)現(xiàn)燃煤電廠的‘近零排放’，也就是將燃料價(jià)格再增加20%~30%左右，即每千瓦時(shí)不到0.1元錢。但如果使用天然氣發(fā)電，每千瓦時(shí)就要增加到0.3元多，相差不少。中國(guó)的燃煤電廠污染物排放哪怕能達(dá)到上海外高橋的水平，今天中國(guó)的粉塵污染也可減少80%左右。”陶光遠(yuǎn)說。

陶光遠(yuǎn)建議，為解燃眉之急可發(fā)展少量煤制氣。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，國(guó)家應(yīng)考慮與國(guó)際能源體系接軌，重點(diǎn)發(fā)展常規(guī)和非常規(guī)天然氣生產(chǎn)，而非煤制氣。

李俊峰則表示，有關(guān)部門應(yīng)統(tǒng)籌考慮我國(guó)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、控制環(huán)境污染和應(yīng)對(duì)氣候變化三方面的壓力和要求，制定我國(guó)清潔和低碳能源的發(fā)展目標(biāo)。

“誠(chéng)然，我國(guó)很多城市都面臨著防治霧霾的緊迫壓力，但它也可成為各地減排的動(dòng)力。因此，我國(guó)應(yīng)全面考慮能源發(fā)展、環(huán)境保護(hù)和應(yīng)對(duì)氣候變化大局，從全生命周期的角度，綜合評(píng)估各項(xiàng)能源技術(shù)的能源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。”

李俊峰建議，一方面利用價(jià)格杠桿，將環(huán)境、資源等外部成本內(nèi)部化，對(duì)能源的發(fā)展進(jìn)行合理引導(dǎo)；另一方面，大力推動(dòng)國(guó)內(nèi)的可再生能源和清潔能源供 應(yīng)，并積極加強(qiáng)國(guó)際能源合作，通過能源國(guó)際化道路，推動(dòng)我國(guó)能源的清潔化和低碳化發(fā)展進(jìn)程。

林伯強(qiáng)認(rèn)為，對(duì)于煤化工，國(guó)家的基調(diào)應(yīng)當(dāng)是在支持的同時(shí)加以限制。無論如何，政府應(yīng)當(dāng)制定合理的規(guī)劃，對(duì)包括煤制氣在內(nèi)的煤化工產(chǎn)業(yè)的有序發(fā)展加以引導(dǎo)。

“國(guó)家最近設(shè)立了較高的煤制油氣準(zhǔn)入門檻，也明確了基本產(chǎn)業(yè)政策：煤制油氣不能停止發(fā)展、不宜過熱發(fā)展和禁止無序建設(shè)；堅(jiān)持量水而行、清潔高效轉(zhuǎn)化、示范先行、科學(xué)合理布局、自主創(chuàng)新等基本原則；示范項(xiàng)目必須符合產(chǎn)業(yè)政策，以及滿足具體的能源轉(zhuǎn)化效率、能耗、水耗、二氧化碳排放和污染物排放等指標(biāo)。綜合起來應(yīng)該是很全面了，但是現(xiàn)實(shí)中是否能夠真正規(guī)劃和引導(dǎo)煤化工產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，還需要地方政府的配合，以及政府對(duì)行業(yè)發(fā)展的有效監(jiān)管。”林伯強(qiáng)說。

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