对化学能源使用的思考

对化学能源使用的思考

牛超超

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摘要：随着社会的发展，能源需求不断增长。为了保证我国的能源安全,需要致力于石油的深度转化、煤炭的清洁转化和天然气的转化,在逐步降低化石能源占比的同时,加强可再生的生物质能及太阳能、风能、氢能等多类型能源的开发。这些技术的发展,均与催化化学和新型催化材料密切相关。

关键词：化学能源；使用思考；分析

引言

百年变局在能源领域之“变”，体现为人类正在经历着新一轮的能源转型大变革。自党的十八大以来，在科学合理的战略部署下，中国的能源安全事业在多个维度实现了飞跃，国家能源安全保障能力得到了显著提升。但与此同时，由于国内能源问题的复杂性、国际能源环境的波动性等各种因素的综合，中国仍面临着能源安全在短期及长期维度内的不稳定性及不确定性风险，为能源变革中间期，即“能源转型过渡期”内的平稳发展埋下隐患。

1我国能源状况

我国的能源结构特点是“富煤、缺油、少气”。但是,从人均能源资源拥有量来看,我国的形势非常严峻。我国能源具有很高的对外依存度,其中原油进口依存度高于70%,天然气对外依存度近年来的增长也十分迅猛,目前已达50%左右。同时,我国与能源相关的二氧化碳排放量占世界能源相关碳排放总量的30%。

针对我国严峻的能源形势,我们需要具有强烈的忧患意识,全面考虑近忧远虑。目前,我们存在石油高度依赖进口,能源效率较低,自主能源技术供给能力不足的问题。从长期来看,我国人口众多,化石、核能等矿物能源资源短缺,可再生能源难当重任,温室气体排放的压力大。因此,面对可持续发展的能源挑战,我们只有保持高度的危机感,调整我国能源结构。在维持经济增长的同时,控制能源消费总量;改善一次能源消费结构,减少化石能源的比重和对石油资源的依赖,增加可再生能源的使用;提高能源利用效率,推广先进能源利用技术,逐步淘汰落后产能;提升终端能源服务水平。只有这样,才能使我国的经济、社会实现可持续的发展态势。

能源高质量发展是我国应对严峻的能源形势,是当前和今后相当长一段时期内发展的主题。我国能源强度是世界平均水平的1.3倍,更是远高于美国、日本和欧盟等发达国家。单位GDP的能源消耗量几乎是世界能源利用率最高的国家之一的日本的两倍,但同时也带来了相对更多的二氧化碳排放。这也从另一方向表明,我国节能提效、能源利用率提升的潜力巨大。当然,我们需要认识到,与世界同步完成低碳变革引领下的能源转型,实现“煤、气、油、非化石能源(新能源)”的能源格局不是一蹴而就的。为了保证我国的能源安全和能源转型的平稳过渡,在今后一段时间内,油、煤、气的化石资源仍将在能源中担当重任。对此,我们既要节能降耗,又要开展能源的技术提升和开发。全民需要树立节能理念,全面提高能源的利用效率,降低高耗能产业,限制过剩产业,大力发展交通和建筑方面的节能技术,倡导全民参与抑制不合理的能源消费。

2化学能源分析

2.1煤炭

煤炭存在于地层以下，是远古时代植物残骸经过复杂的生物化学、物理化学、地球化学过程形成的，与石油、天然气并称为“化石能源”，属于不可再生能源。在探索自然的过程中，人类发现了这样一种黑漆漆、既像石头又不是石头的物质，几经变迁最终将它称为“煤炭”。

从化学组成上看，煤炭含有的主要元素是碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S），这些元素以多元环状芳香烃的结构连接在一起。无烟煤含碳量最高，可达90%以上；烟煤含碳量在75%～90%；褐煤的含碳量较低，在60%以上，而含氧量较高，可达15%～30%。如同大多数芳香烃类化合物一样，煤炭在空气中可以燃烧，也就是发生剧烈的氧化反应，同时释放大量的热。人类正是利用煤炭的高热值燃烧特性将其开发成了燃料，从冶金铸造到烤火取暖，再到生火做饭，煤炭一步步替代了木柴进入人类的生产和生活。在燃气灶和暖气还未普及的时代，想必大多数人都目睹过煤炉中红红的火焰吧。伴随着工业革命的到来，以煤炭为能源的蒸汽机大行其道，在汽笛的轰鸣声中，“大力神”“飞毛腿”从天而降，人类社会从此进入煤炭能源的崭新时代。电和磁的发现进一步加速了工业化进程，也极大改变了人类的生活方式，我们现在已经完全无法想象，没有电的日子该如何度过。煤炭在电气时代仍然发挥着重要作用，火力发电的优势性动力来源大部分都是煤炭，这一格局至今没有改变。

2.2石油

与煤炭类似，石油同为化石燃料。对于石油是怎样形成的，学术界各家观点有所不同，大致可认为是远古时期低等动物残骸在地层中缺氧状态下沉积形成的。在地面的裂隙中常有石油伴随着水和沙渗出，所以人类先民很早就注意到这种色黑、黏稠、可燃物质的存在，我国古籍中多有记载。

石油的化学成分与煤炭相似，主要的元素是碳、氢、氧、氮和硫，但是结构明显不同。石油是碳氢化合物（CHx），氢含量较高，而氧含量较低，主要包含链状的烷烃、烯烃和环状的环烷烃、芳香烃。开采出来的原油是无法直接使用的，需要加工，也就是石油炼制。最简单直接的办法是当年西利曼用过的，利用石油中各组分沸点的不同对其进行蒸馏，即可得到汽油、煤油、柴油、润滑油、沥青等多种产品，还可对沸点高的重质油品如渣油等进行热裂化、催化裂化和加氢裂化，以得到汽油、柴油等更有用的轻质油品。为了去除石油中的硫、氮和氧等杂质，则通常采用催化加氢工艺。此外，还可通过催化重整，得到苯、甲苯、二甲苯等重要的化工原料。可见，石油的用途是多么广泛，不仅可以用于交通运输业的动力燃料，而且在化学工业乃至整个国民经济领域都可大显身手。可以毫不夸张地说，石油是现代文明的支柱，没有石油我们的社会无法正常运转，石油被称为“工业的血液”当之无愧。

3中国能源可持续安全的路径构建

3.1将可再生能源融入到整体能源贸易环节之中

可再生能源发展能力相对薄弱，是现有能源生产主体所面临的普遍问题，且急迫性随能源转型速度的加快而逐步突显。中国应利用好自身在可再生能源领域中的技术优势，积极为现有能源生产主体提供及完善相关设施配套，将可再生能源与化石能源议题相叠加，并推动可再生能源合作对化石能源合作的“反作用”功能形成———如在价格端，以可再生能源设施的出口优惠，吸引现有能源生产主体提供价格相对低廉的化石能源产品；在渠道端，叠合市场优势，以更大的可再生能源设施出口规模，吸引现有能源生产主体加大出口力度等。以在此过程中，将原有的单向“供给—使用”，逐步拓展为双向过程，深化中国同现有能源生产主体的“相互能源依赖关系”。

3.2以双重优势持续深化多元能源进口战略

受各自国内经济结构，及由经济结构衍生出的社会结构影响，能源生产主体将其化石能源进行变现、发展可再生能源的需求具有普遍性，直接决定了其对中国的市场及技术优势需求也具有普遍性，为中国持续深化自身多元能源进口战略创造了有益条件。对此，中国应综合利用自身的市场、技术两项优势，以圭亚那、加纳等既有能源合作规模较小的国家为主要拓展方向，同更多的能源生产主体进行需求对接，使各能源生产主体在共享中国发展成果的过程中，平衡中国自身石油、天然气等能源类型的外部进口分布比重，保障化石能源外部渠道的动态调节空间。

结语

随着社会经济的发展以及世界政治格局的变化，能源安全已经上升到国家安全高度。更多更新的高科技被运用到能源领域，更高的关注度也被投向能源科学和技术领域。期待在不久的将来，高效、安全和可持续的清洁能源会在我们的生活中得到全面应用，人类将共同拥抱美好的绿色、低碳未来。

参考文献

[1]赵云龙,孔庚,李卓然,等.全球能源转型及我国能源革命战略系统分析[J].中国工程科学,2021,23:15-23.

[2]刘晓龙,崔磊磊,李彬,等.碳中和目标下中国能源高质量发展路径研究[J].北京理工大学学报(社会科学版),2021,23:1-8.