周理：以煤换氢 中国的能源之路

　　由科学技术部国际合作司主办、由中华国际科学交流基金会承办的“首届中国科技创新国际论坛”于2007年9月15-16日在北京友谊宾馆举行。本届论坛的主题为“新能源技术创新与政策扶持”。新浪财经独家图文直播本次会议。以下为天津大学教授、博士生导师周理做《以煤换氢 中国的能源之路》演讲。

　　周理：这个题目不知道是否能吸引大家的注意。以煤换氢，这是解开发展与环境污染之间这个死结的办法。我知道有些外国朋友参加这个会议，但大部分听众是中国人，所以我用中文来讲。我要讲的主要内容有这么几个，一个是发展与污染之间的死结。打开死结之法：改变能源结构；清洁煤技术的分野；以煤换氢的基本方法；以煤换氢可行性的实验证明；以煤换氢的技术经济优势。

　　发展与污染之间的死结。中国68%能量需求是煤提供的，煤炭燃烧必须产生污染，经济越发展、污染越严重，这是一个死结，任何人都得承认。怎么解决？必须改变

能源结构。怎么改变？改变能源结构不能脱离中国的现实。我们是个煤炭的国，今后主要的能源必须依靠煤炭，出路是什么呢？是依靠洁净煤技术吗？我这里把洁净煤做一个分类，分类的标准就是看最后的原料是不是含有元素碳，如果含有元素碳，那它在燃烧的时候必然产生二氧化碳。二氧化碳是温室气体，为什么气候越来越温暖？地球变暖的速度在加快，这跟最近整个世界经济的发展加速是分不开的。

　　我这里向大家推荐的就是不把煤作为燃料，把氢作为燃料。如果把氢作为燃料，氢燃烧变成水，它是不污染环境的，烧再多的氢也不污染环境。这样发展和环境污染之间的死结不就打开了。怎么把煤变成氢呢？就是煤不把它作为燃料，而是把它作为从水得到氢所必须的一种化学品。这个图简单说明了这个过程模式。首先要把煤碳化，煤的碳化过程当中，同时我们也可以得到气体和液体燃料。然后无机部分就是元素碳，不挥发物是碳。基本的反应消耗碳、氢了，如何把煤碳化，大家知道炼焦，炼焦不是好的技术，因为对环境产生污染。还有一种是镁粉的萃取，炼焦需要优质煤，烟煤。萃取剂是甲苯，煤样粒度是1.2到2.5mm，压力是10MPa，终温550摄氏度，萃取物转化率30到69%，萃取率17到62%，油产率25到50%。

　　我重点不谈煤的碳化，谈一谈制氢。我刚才给的流程最关键一步，水蒸气跟氧化亚铁反应是不是能得到纯氢？如果能，证明这条技术路线是可行的。这是我们使用仪器的简况。我这里用一个还原气瓶来替代，这是一定温度的水，氩气从里面出来进入反应器，这个反应器装铁的氧化物，在氧化亚铁和四氧化三铁之间重复。我们的实验过程基本只有四步，一步就是进行还原反应，首先是还原，然后清扫，这个过程中是否得到纯氢，可以证明。然后是氧化，接着再是清扫。因为产物主要用一氧化碳来还原，少量氢气在还原时不应该有氢气，但是水的还原能力特别强，不可能完全清扫干净，所以这个氢气是上面残存的水造成的。这是氧化阶段的水组成的，我们看只有氩气和氢气，氩气是载气，而一氧化碳、二氧化碳是检测不出来的，证明我们确实得到了纯净的氢气。经过几个循环，氢气的产量是稳定的。一个就是铁的氧化循环还原。证明这个过程是可以连续稳定的操作。

　　下面我谈一谈以煤换氢的技术经济优势。这里首先介绍一个概念理论能量增益系数，你得到一种燃料，投入的能量和这个燃料放出的能量这个比值。最简单比如水电解，一个水分子变成一个氢和半个氧离子。反过来电解时候反应，投入能量这么多，整个过程是逆反的，投入和得到是一样的。可实际上由于电机效率很低，因此靠水温分解是不能长久的，你没有得到补充能量。

　　我们再看看我们建议的过程。三个发生反应的总和，相当于一个水分子加上一个碳分子得到一个氢，一个一氧化碳。氢燃烧释放水，一氧化碳加上氧气得到这个能量，能量增益系数是3.24倍，只有大于这个才有实际应用价值。175.29是外界投入的能量，你把所得到的一氧化碳燃烧就够了。因为175.29只是释放能量的62%。还有0.38的富余，因此你得到一个立方米的氢气同时得到0.38平方米的一氧化碳，这是两个主要产品。氢气是我们需要得到的基本主要的燃料，代替煤的燃料，清洁的燃料，不污染环境的燃料。大家想想这个过程是不是要产生二氧化碳，当然要产生二氧化碳，但是这个二氧化碳是在反应气体产生的，因此可以作为一个产品回收。如果把空气中的氧消耗了，所以最后收集起来以后变成两种产品，一种是氮气，一种是二氧化碳。氮气市场价值很大，而且有很好的销路。二氧化碳这个量是相当大的，干什么用？用途也是非常多的。大量二氧化碳如果能够充到油田，注入二氧化碳可以提高采油率。就是

天然气，也可以提高天然气的采出率。注入二氧化碳，甲烷采出率提高5倍。以煤换氢可以构成联合企业，原料就是水和煤，煤碳化以后可以得到燃气和燃油。

　　第二个技术优势，不存在技术障碍。这里没有需要实验室研究的很高的所谓纳米材料，不需要的，都是很便宜的东西，而且在技术上的化学反应不需要催化剂，都是成熟技术。煤电油，要把煤所含热质50%浪费掉，而在这里煤的热质是100%被利用。如果你用褐煤、泥煤这些劣质煤，那整个利用率就会大大提高。

　　以煤换氢技术的经济优势。这是非常划算的，为什么？因为原料便宜，技术简单，整个生产成本低。对环境来说，不产生任何废物，不产生任何污染。

　　以煤换氢可行不行呢？是可行的。这个工作我进行了三年了，一个博士生也做了半年，我们现在做更深入、更细微的工作，没有发现任何不可行的问题。如果这样联合企业投资，是否有利可图呢？那么你看它的成本，原材料成本，还有产生废物，污染成本是很高的，它不产生废物。通过大家，我希望国家能源口决策人能够知道这个，也希望有信心的企业家能够了解。