文｜ 陆诗建   中国矿业大学低碳能源研究院教授

中国的碳排放主要来自煤炭能源消费，实现“双碳”目标的关键在煤炭。结合当前国际能源利用现状，在笔者看来，碳达峰碳中和给煤炭行业带来的挑战前所未有，带来的机遇也不可多得。煤炭对中国能源安全的“兜底保障”作用是中国低碳清洁安全高效能源体系构建的重要基础；煤炭的低碳清洁高效利用是“能源替代”的重要内涵，也可能成为煤炭行业转型发展当前阶段的重要特征；碳捕集利用与封存技术（CCUS）是实现煤炭低碳洁净高效利用的关键技术中的关键，实现CCUS超前大规模商业化部署任务紧迫，需要加快进度。

全球能源科技现状：

绿色低碳是创新的主要方向

当前，新一轮能源技术革命正在孕育兴起，新的能源科技成果不断涌现，正在并将持续改变世界能源格局。非常规油气勘探开发技术在北美率先取得突破，页岩气和致密油成为油气储量及产量新增长点，海洋油气勘探开发作业水深记录不断取得突破；主要国家均开展了 700℃超超临界燃煤发电技术研发工作，整体煤气化联合循环技术、捕集捉与封存技术、增压富氧燃烧等技术快速发展。燃气轮机初温和效率进一步提高，H 级机组已实现商业化，以氢为燃料的燃气轮机正在快速发展；三代核电技术逐渐成为新建机组主流技术，四代核电技术、小型模块式反应堆、先进核燃料及循环技术研发不断取得突破；风电技术发展将深海、高空风能开发提上日程，太阳能电池组件效率不断提高，光热发电技术开始规模化示范，生物质能利用技术多元化发展；电网技术与信息技术融合不断深化，电气设备新材料技术得到广泛应用，部分储能技术已实现商业化应用。可再生能源正逐步成为新增电力的重要来源，电网结构和运行模式都将发生重大变化。

近年来，主要能源大国均出台了一系列法律法规和政策措施， 采取行动加快能源科技创新。美国发布了《全面能源战略》等战略计划，将“科学与能源”确立为第一战略主题，提出形成从基础研究到最终市场解决方案的完整能源科技创新链条，强调加快发展低碳技术，已陆续出台了提高能效、发展太阳能、四代和小型模块化核能等清洁电力新计划。日本出台了《面向2030年能源环境创新战略》等战略计划，提出了能源保障、环境、经济效益和安全并举的方针，继续支持发展核能，推进节能和可再生能源，发展新储能技术，发展整体煤气化联合循环（IGCC）、整体煤气化燃料电池循环等先进煤炭利用技术。欧盟制定了《2050 能源技术路线图》等战略计划，突出可再生能源在能源供应中的主体地位，提出了智能电网、碳捕集利用与封存（CCUS）、核聚变以及能源效率等方向的发展思路，启动了欧洲核聚变联合研究计划。

纵观全球能源技术发展动态和主要能源大国推动能源科技创新的举措，可以得出以下结论和启示：一是能源技术创新进入高度活跃期，新兴能源技术正以前所未有的速度加快迭代，对世界能源格局和经济发展将产生重大而深远的影响。二是绿色低碳是能源技术创新的主要方向，集中在传统化石能源清洁高效利用、新能源大规模开发利用、核能安全利用、能源互联网和大规模储能以及先进能源装备及关键材料等重点领域。三是世界主要国家均把能源技术视为新一轮科技革命和产业革命的突破口，制定各种政策措施抢占发展制高点，增强国家竞争力和保持领先地位。

我国实现“双碳”目标的关键在煤炭

世界碳排放主要来自化石能源消费，中国碳排放超过80%来自煤炭能源消费，因此，我国实现“双碳”目标的关键在煤炭。2020年化石能源活动CO2排放量390亿吨，其中CO2排放量占温室气体排放量的73%，化石能源消费产生的CO2约占排放总量的90%。对于我国，化石能源活动CO2排放量98亿吨左右；煤炭消费产生CO2 75亿吨，煤炭在化石能源产生CO2的占比79%；石油产生CO2的占比为14%，天然气产生CO2的占比为7%。因此，煤炭占据我国碳排放的主体，是主要减排对象，面临着巨大挑战。

1.能源革命（能源替代）和煤炭行业转型发展的挑战。随着能源替代进程加快，我国严格控制化石能源消费，煤炭在一次能源消费中的占比显著降低，2020年为56.8%，“十五五”时期煤炭消费总量将逐步减少。因此，煤炭行业要有危机意识，加快自身技术开发与潜力挖掘，尽快从“被能源革命的对象”变为“自我革命者”。

2.新能源体系构建和格局变化的挑战。我国正在构建清洁低碳安全高效能源体系，新能源得到极大的重视和投入，地位快速提升，煤炭主体能源的地位将逐步发生改变。煤炭对中国能源安全的“兜底保障”作用是中国低碳清洁安全高效能源体系构建的重要基础，如何实现煤炭行业的低碳清洁化转型升级是未来需要重点考虑的事。

3.碳中和对技术变革和创新能力需求的挑战。主要表现在煤炭能源转化、燃煤少排碳或不排碳、从煤炭燃料到煤炭原料的变革性技术；另外，碳中和是一场深刻的经济社会和发展模式系统性变革，对技术变革和创新能力的需求程度超过历次工业革命，能否实现去碳不去煤、变燃料为原料是当前煤炭科技工作者需要深入思索的问题。

4.煤炭行业平稳有序转型与保持社会稳定的挑战。煤炭产业向富煤地区集中，煤炭资源枯竭地区或资源条件差的地区退出煤炭产业或产业转型，需要规划和顶层设计、政策法律、财政金融等支持。煤炭企业转型发展会有代价，怎样实现煤炭企业转型发展的平稳有序、公正合理是下一步的主要工作。

煤炭行业转型升级方向：实现低碳清洁高效利用

1.煤炭行业转型发展的机遇。煤炭的低碳洁净高效利用是“能源替代”的重要内涵，压减煤炭消费量的同时实现煤炭低碳清洁高效利用，成为煤炭行业转型发展当前阶段的重要特征；煤炭的绿色智能化生产成为迫切需求，煤炭生产全过程的减碳和生态环境保护修复将带来煤炭开采、加工技术的变革；同时，以新型煤化工和煤基碳材料为代表的煤碳科学技术快速发展，将成为煤炭低碳清洁高效利用的主要领域，为煤炭原料的需求带来较大的增长空间。

2.作为“兜底”保障构建国家新能源体系的机遇。作为中国低碳清洁安全高效能源体系构建的重要基础和中国能源安全的“兜底”保障，煤炭的低碳洁净高效利用是中国低碳清洁安全高效能源体系的组成部分；光、风、水、氢等新能源发展在可预见的未来需要可低碳清洁高效利用的煤，特别是相当长的时间内，清洁电力入网消纳和电网稳定运行需要火力发电的匹配。

3.煤炭行业升级为高新技术产业的机遇。煤炭行业低碳化发展是国家重大需求，将倒逼煤炭行业实现产业升级和变革性技术创新；智能化、无人化、流态化、绿色化、低碳化，将成为未来煤炭高新技术产业的重要特征；煤基碳减排、矿区生态环境修复与固废渣，将得到前所未有的重视，催生新的高科技领域。

煤炭低碳化技术路径

我国需要探索实现煤炭低碳减排与洁净高效利用的中国特色模式，实现减煤但不退煤、减碳与去碳同步，降低煤炭消费量和实施煤炭低碳洁净高效利用的双轮驱动，保障碳中和与能源安全“兜底”保障双目标相统一。

1.减煤但不退煤。严控增长和逐渐降低煤炭消费量的同时，通过煤炭低碳化技术创新和煤炭产业低碳化实现“用煤（碳）不排碳”，打造未来煤炭行业（低碳化转型+高技术升级+需求决定的适度规模）。

2.减碳与去碳同步。大力实施煤炭生产减排、煤炭生产和消费节能提效减排、煤燃烧新工艺减排、燃料变原料减排（新型煤化工+煤基碳材料利用）等多路径减碳，同时加速发展以CCUS为代表的去碳技术，通过“减碳+去碳”（燃煤电厂+CCUS、煤制氢+CCUS、煤化工+CCUS等）实现煤炭低碳洁净高效利用。

3.碳中和与能源安全“兜底”保障双目标相统一。科学建设煤炭能源战略储备能力（储备方式+储备量+布局+配套），实现特殊情景下“兜底”保障有利的目标。

CCUS是实现低碳清洁高效利用的关键技术

各类研究和预测表明，CCUS是实现我国低碳清洁高效利用的关键技术，或将显著影响中国能源行业低碳化发展的进程甚至方向。同时，CCUS是实现煤炭低碳洁净高效利用的关键技术中的关键。

国际上CCUS被视为实现净零排放的“兜底”技术，在中国CCUS是能源行业尤其是煤炭行业低碳化发展的紧迫需求。需要中高浓度与低浓度捕集兼顾，集群式封存（含地质利用）与分布式固碳利用相统筹，加快能源行业CCUS自主创新技术研发、实施CCUS集群规模化示范工程、实现CCUS超前应用和大规模部署，势在必行。

围绕二氧化碳峰值目标提供低碳能源技术支撑，我国对世界承诺，到 2030 年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降 65%以上、非化石能源占一次能源消费比重达到 25%左右、二氧化碳排放 2030 年前达到峰值。这要求通过能源技术创新，加快构建绿色、低碳的能源技术体系。在二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）领域，要重点发展驱油、驱气、矿化、微藻制油与化工利用等技术，包括研究 CO2低能耗、大规模捕集利用技术，研究CO2驱油利用与封存技术、CO2驱煤层气与封存技术、CO2驱水利用与封存技术、CO2矿化发电技术 、CO2化学转化利用技术、CO2生物转化利用技术，研究 CO2矿物转化、固定和利用技术，研究 CO2安全可靠封存、监测及运输技术，建设百万吨级CO2捕集利用和封存系统示范工程，全流量的CCUS系统在电力、 煤炭、化工、矿物加工等系统获得覆盖性、常规性应用，实现CO2的可靠性封存、监测及长距离安全运输等。

在“双碳”目标下，我国未来10年内的CCUS技术攻关目标是：构建低成本、低能耗、安全可靠的 CCUS 技术体系和产业集群，努力实现 CCUS 各个环节技术的均衡发展，尽快进入大规模推广应用商业化阶段，为化石能源低碳化利用提供技术选择。