近年來，隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，中國對能源的需求也在不斷增長，但面臨著全球氣候變化趨勢的加劇以及各國加大應對氣候變化政策力度的大環(huán)境，中國政府正在加快推進其能源消費結構的戰(zhàn)略轉型，即在控制傳統(tǒng)高碳能源開發(fā)利用或實現(xiàn)此類能源新型清潔化開發(fā)利用的同時，加大低碳、清潔的天然氣及可再生能源的開發(fā)利用程度，提高這些能源在消費結構中的比例。根據(jù)國家發(fā)改委和國家能源局2016年12月發(fā)布的《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，煤炭占一次能源消費的比例將從2015年的64%下降到58%，而與此相反，天然氣的比重則要從2015年的5.9%提高到10%，非化石能源的比重從2015年的12%進一步提高到15%。
在上述要求下，煤制氣產(chǎn)業(yè)作為一種以煤炭為輸入原料，以天然氣為輸出產(chǎn)品的新型能源產(chǎn)業(yè)，在近些年來得到了政府和產(chǎn)業(yè)界的快速熱捧。一是因為發(fā)展煤制天然氣不僅擴展了我國低品質(zhì)褐煤的增值利用方向，還順應了煤炭深加工和清潔化利用的現(xiàn)代發(fā)展要求；二是，發(fā)展煤制氣有益于改善我國的能源生產(chǎn)和消費結構，從而有力地促進我國現(xiàn)代化能源體系的建設；三是發(fā)展煤制天然氣能夠改善大氣質(zhì)量、化解環(huán)境約束，助力我國綠色低碳的可持續(xù)發(fā)展。煤制氣對于我國實現(xiàn)“減煤增氣”的能源消費結構戰(zhàn)略轉型具有重要意義。
在各方的大力支持下，我國的煤制氣產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了快速發(fā)展。據(jù)相關統(tǒng)計，目前包括已建設投產(chǎn)、正在建設、正在做前期工作、計劃中等的煤制氣項目高達50多個。根據(jù)國家能源局2017年2月發(fā)布的《煤炭深加工產(chǎn)業(yè)示范“十三五”規(guī)劃》，2015年全國煤制天然氣的產(chǎn)能為31億立方米/年，實際生產(chǎn)18.8億立方米/年。而如果上述50多個項目全部建成投產(chǎn)，產(chǎn)能可達2000億立方米以上。
在煤制氣產(chǎn)業(yè)快速規(guī)模發(fā)展的同時，越來越多的學者和機構開始關注煤制氣項目的一些環(huán)境問題。在這些環(huán)境問題中，最受關注的無疑是煤制氣項目對區(qū)域水資源的影響，主要原因是煤制氣項目在煤炭氣化反應生成粗煤氣以及粗煤氣的冷卻過程中需要消耗大量的水。2013年，美國杜克大學在國際頂級期刊《自然·氣候變化》上指出，煤制天然氣的單位水消耗是常規(guī)天然氣的數(shù)十倍，如果缺乏有效管理，煤制氣的規(guī)模發(fā)展可能對環(huán)境來說是一場災難。
對此，我們以中國目前主流采用的煤制氣生產(chǎn)工藝技術為例，以大唐克旗煤制氣項目為主要研究對象，利用水足跡評價方法，對煤制氣的水足跡進行了評價研究。水足跡的概念于2002年正式提出，其被定義為在一定的時間內(nèi)，一個國家、地區(qū)或一個人消費的全部產(chǎn)品和服務所需要消耗的淡水資源總量。水足跡指標分為藍水足跡、灰水足跡和綠水足跡。對于煤制氣這一工業(yè)產(chǎn)品而言，主要涉及藍水足跡和灰水足跡兩種，藍水足跡衡量的是一段時間內(nèi)所消耗的傳統(tǒng)意義上的地表和地下水資源；而灰水足跡衡量的是將由生產(chǎn)活動向自然界排放的污水到可接受的水質(zhì)所需要的水資源量。
根據(jù)我們課題組的評價結果，我國當前每千立方米煤制氣生產(chǎn)的水足跡為51.29噸。對這一結果可以進行兩方面的解讀：一方面是從藍水足跡和灰水足跡的角度來看，用于反映煤制氣生產(chǎn)所直接消耗掉的水資源的藍水足跡為6.86噸，而灰水足跡為44.43噸，這意味著絕大多數(shù)（約87%）的新鮮水消耗是由于稀釋煤制氣生產(chǎn)過程排放到自然界中的污水所需要的水；另一方面是從直接消耗水和間接消耗水來看，煤制氣生產(chǎn)過程本身的水消耗為33.92噸，占66%；而隱含在煤炭等原料和其他投入的間接水消耗為17.37噸，占34%，這說明煤制氣項目的水消耗大多來源于煤制氣生產(chǎn)本身。
通過進一步對比煤制氣與其他煤化工產(chǎn)品，如直接煤制油、間接煤制油、煤制甲醇、煤制二甲醚發(fā)現(xiàn)，煤制氣的水足跡最低，這意味著相對于其他煤化工項目，煤制氣在水足跡方面具有優(yōu)勢。盡管如此，如果與天然氣相比，煤制氣的水足跡仍然非常高。據(jù)相關研究，僅與藍水足跡相比較，煤制氣的藍水足跡為6.86噸/千立方米，而常規(guī)天然氣僅為0.1-0.2噸/千立方米。
由此可見，煤制氣項目發(fā)展對水資源的影響理應納入煤制氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的布局當中。然而，課題組通過分析現(xiàn)有或規(guī)劃的煤制氣項目的地域分布，發(fā)現(xiàn)多數(shù)分布在新疆、內(nèi)蒙古等地，這種分布最大限度地實現(xiàn)了煤炭資源的就地利用，減少了煤炭長距離運輸?shù)葐栴}，但是這些地區(qū)也是水資源稀缺地區(qū)。如果將灰水消耗納入進來，我們發(fā)現(xiàn)，內(nèi)蒙古鄂爾多斯、新疆準東、遼寧阜新等地區(qū)的煤制氣項目在全投產(chǎn)的情況下，僅來自煤制氣產(chǎn)業(yè)的水消耗就將占到這些地區(qū)水資源總量的40%以上，這意味著煤制氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將與這些地區(qū)其他產(chǎn)業(yè)部門產(chǎn)生嚴重的用水競爭問題。
綜上，為了保證煤制氣產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，相關部門在制定煤制氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃與布局當中，一是要強調(diào)穩(wěn)步推進，不能一哄而上，防止對區(qū)域水資源產(chǎn)生不可逆的影響；二是在產(chǎn)業(yè)布局當中，加大對區(qū)域水資源可承受性的研究與考量，做到區(qū)域生態(tài)的和諧發(fā)展；三是大力提高煤制氣工藝技術的升級以及水處理技術和處理標準，這主要是由于煤制氣生產(chǎn)過程自身以及稀釋污水的水消耗占總水足跡的比重最大。通過上述三方面措施的共同實施與同步推進，煤制氣產(chǎn)業(yè)才能更好地發(fā)揮其對我國能源戰(zhàn)略轉型的支撐作用。
(作者為中國石油大學（北京）副教授)
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