主要观点总结
全球可持续煤炭联盟（FutureCoal）发布《可持续煤炭价值链路线图》，探讨煤炭价值链的可持续发展方向。报告强调先进煤炭技术的重要性，并提出通过可持续煤炭管理建立脱碳煤炭生态链的可行路径。文章总结了报告的关键要点，包括煤炭在能源转型中的作用、先进煤炭技术的潜力、改造现有燃煤电厂的可行性、退煤政策的影响、CCS技术的关键性、煤炭的高值利用等。
关键观点总结
关键观点1: 煤炭在能源转型中仍将发挥重要作用
报告指出，尽管可再生能源至关重要，但在能源危机期间，无法完全依靠波动性可再生能源满足需求。先进煤炭技术可以提供可行的解决方案，通过提升能效、减少排放以及在许多情况下完全捕集排放，实现深度减排。
关键观点2: 先进煤炭技术具有较大潜力
报告强调了高效低排放燃煤电厂、碳捕集与封存（CCS）、生物质混烧等先进减排技术的进展和部署，可以减少碳排放。此外，热电联产（CHP）系统效率可超过80%，全球市场对其的依赖度增加。
关键观点3: 改造现有燃煤电厂可能是短期内更经济可行的方案
报告提出通过改造现有亚临界和超临界燃煤电厂以提升效率、促进减排。各项措施的减排潜力显著。相较于单一淘汰煤炭，对所有脱碳技术进行最佳投资可能更加资源高效和经济。
关键观点4: 退煤政策可能会破坏全球能源脱碳努力
报告指出，欧美国家倡导的逐步淘汰煤炭政策可能会阻碍对现有煤电机组的投入，导致稀缺的财政资源分配效果较差，产生更高成本。亚洲国家的情况并不适合完全跟随欧美的路线。
关键观点5: CCS对于实现2050年净零排放至关重要
报告强调，政策制定者需要重新思考能源转型投资的分配方式，重点聚焦可再生能源，同时加快推进化石燃料和生物能源脱碳。CCS技术可以延长化石能源资产的运行时间，减少闲置资产。
关键观点6: 煤炭的价值不仅在于燃烧，高值利用是关键
报告指出，煤炭在多个领域如钢铁、水泥、农业、氢能、关键矿物、建筑材料、碳纤维、石墨和电极、碳泡沫、纳米材料等方面的高值利用，是实现可持续煤炭管理的关键。
正文
2024年12月9日，全球可持续煤炭联盟（FutureCoal）发布《可持续煤炭价值链路线图》，提出煤炭是一种多用途资源，对现代生活、工业发展和经济进步至关重要。报告探讨了煤炭价值链的可持续发展方向，强调先进煤炭技术不仅能提供清洁能源，减少高达99%的碳排放，还能支持发展中和新兴经济体的经济增长目标。报告提出了通过可持续煤炭管理建立脱碳煤炭生态链的可行路径，关键要点如下：
实现可持续的能源未来迫切需要建立系统、全面的方法，以实现《巴黎协定》气候目标。尽管可再生能源至关重要，但在能源危机期间无法完全依靠波动性可再生能源满足需求。先进煤炭技术可以提供可行的解决方案，通过提升能效、减少排放以及在许多情况下完全捕集排放，从而在不危及能源安全的情况下实现深度减排。随着创新和投资的增加，煤炭的价值主张进一步增强，可在产生清洁高效电力的同时捕集排放物以生产高价值副产品。因此，先进煤炭技术在发电以及非能源应用领域均具有较大潜力，其关键是降低排放，并在煤炭生态系统内建立循环经济，最大限度发挥煤炭及其废弃流的价值。
高效低排放（HELE）燃煤电厂、碳捕集与封存（CCS）、生物质混烧等先进减排技术的进步和部署，可减少14.12亿吨碳排放/年。将现有低效燃煤电厂改造为高效低排放（HELE）燃煤电厂（如超临界、超超临界电厂等），可减少约20%-40%的排放。高效的电厂设计可以减少土地使用，并利用现有基础设施和燃料供应。
3、热电联产可利用发电过程中产生的热量实现更高效率
热电联产（CHP）系统效率可超过80%，而传统燃煤电厂和现场锅炉效率仅为30%-50%，现有CHP用户通常能节约20%的能源成本。亚太地区是全球最大的CHP市场，其市场68%由中国主导。因此，全球有超过一半59%的CHP系统使用煤炭作为燃料。目前，CHP的重要性被低估，应在全球能源转型中发挥更大作用。
报告提出通过改造现有亚临界和超临界燃煤电厂以提升效率、促进减排，可以采用的改造措施包括：①改进蒸汽流动路径，可小幅提升效率；②增加双再热蒸汽系统并有效管理蒸汽，可以提高效率3%；③对超超临界组件进行高温改造、升级蒸汽温度可将效率提升4%；④短期内，最具效果的减排措施是CCS和混燃无碳燃料（如氢、氨）。各项措施的减排潜力见图1。
图1 改造现有亚临界和超临界电厂实现净零排放的措施的减排贡献（单位：百万吨CO2）
投资先进煤炭技术比使用太阳能、风能及电池储能替换现有煤电，其土地使用强度更低。因此，需要考虑平衡且优化的策略，涵盖所有技术和节能解决方案。相较于单一淘汰煤炭，对所有脱碳技术进行最佳投资可能更加资源高效和经济，并具备更高的能源安全。就成本而言，将升级改造全球现有亚临界和超临界电厂需要花费0.5万亿元，将这些电厂完全替换为超超临界电厂需要1.5万亿美元。如果付出同样资金用于将其替换成陆上风电，由于风电的容量因子相对更低，将存在5860太瓦时的发电量缺口，需要另外新建风机来补足，额外产生2.7万亿美元的支出。此外，通过配备CCS对大多数机组进行脱碳，同时使用氨、生物质作为混合燃料，为电厂运营商提供了更有效的脱碳战略。
改造现有煤电机组可提升效率以显著降低排放量、提高电厂性能、改善空气质量，并提供可靠电力，欧美国家倡导的逐步淘汰煤炭政策可能会阻碍对此的投入。而且，退煤政策可能导致将稀缺的财政资源分配给效果较差的碳减排措施，产生更高成本。亚洲国家没有丰富的天然气等资源，并不适合欧美的路线。日本燃煤电厂的平均效率为41%，当前技术进步可将效率提升至接近50%，但经合组织成员国、政策制定者和非政府组织推动逐步退煤，阻碍了对更清洁化石燃料技术的投资。如果这种趋势继续持续，将可能阻碍全球能源和重工业脱碳的努力，延缓实现《巴黎协定》气候目标的进度。
尽管2005年至2021年全球能源转型相关投资达到5.4万亿美元，包括对风能、太阳能、电动汽车等的投资，但对全球主要能源结构的影响微乎其微，化石燃料在其中占比一直约为80%。根据国际能源署（IEA）的预测，2024年全球化石燃料投资约为5000-6000亿美元。政策制定者、分析师和非政府组织需要重新思考未来能源转型投资的分配方式，重点聚焦可再生能源，同时加快推进化石燃料和生物能源脱碳，并考虑发展核能。政府间气候变化专门委员会（IPCC）表示，CCS技术可以延长化石能源资产的运行时间，减少闲置资产，仅依靠可再生能源无法实现到2050年净零排放的必要脱碳目标。相比非化石燃料发电的CCS技术，IPCC更倾向于发展生物能源碳捕集（BECCS）和直接空气碳捕集（DAC）。
6、煤炭的价值不仅在于燃烧，发挥其资源属性高值利用是实现可持续煤炭管理的关键
联合国预计，到2050年，全球人口将从当前的80亿增加至100亿，城镇人口占比将从55%提升至70%。城市化和工业化趋势将推动对钢铁和水泥的强劲需求（尤其是在亚洲），这也将推进对煤炭的需求。正确认识和利用煤炭的非燃料用途，可以确保其继续以符合可持续性和气候目标的方式为社会做出贡献。
（1）钢铁。
到2050年，预计钢材使用量将比当前水平增加约20%，而当前大多数钢铁均通过使用冶金煤的高炉工艺生产。
（2）水泥。
水泥生产是能源密集型行业，生产1吨水泥需要200至450公斤煤炭。随着全球基础设施项目的迅速扩张，尤其是在严重依赖煤炭的发展中国家，水泥的煤炭消费将持续成为一个重要组成部分。到2050年，全球水泥需求可能超过40.1亿吨。燃煤电厂的副产品煤灰可与与波特兰水泥混合，显著降低水泥行业的碳排放。
（3）农业。
人口增长、化肥价格上涨、生物多样性减少以及地缘政治紧张等因素使得谷物生产面临压力，煤炭在应对这些挑战中可以发挥至关重要的作用。例如，煤气化生产的氢气可用制氨，进而生产化肥。同时，煤炭可以作为土壤的自然添加剂，减少对氮肥的需求。褐煤等低阶煤可用作腐殖质的来源，可增加土壤保水性用于干旱地区和治理水土流失。
（4）氢能。
将煤制氢与CCS结合生产蓝氢，可实现低成本低碳制氢，助力全球氢能产业发展。
（5）关键矿物。
煤炭中含有许多铝、钴、铜、铁、铅、银、镍、锌和稀土元素等关键矿物，对于建造风力涡轮机、光伏面板、电池等至关重要，从煤矿中提取稀土元素比传统火成岩硬岩矿床方法更为经济环保。此外，还可利用煤炭及其废物生产高价值碳产品，如煤砖、碳纳米材料（石墨烯）、活性炭等，有望应用于多个行业。
（6）建筑材料。
以煤炭为原料生产新型建筑材料，预计未来将大幅增长，创造新的商业前景。煤炭可生产多种轻质耐用的建筑材料，具有有优越的机械强度、硬度、韧性、耐磨属性和化学抗性，可用于多种基础设施，同时还可实现碳封存。
（6）碳纤维。
碳纤维在航空航天、国防、汽车、土木工程、医疗、体育用品、储能以及消费电子等多个行业得到广泛应用，尤其是用于风机叶片以及储氢/天然气容器等，基础设施和建筑行业对碳纤维的需求也在日益增长。利用煤基材料（如沥青）和废煤生产碳纤维有望实现低成本。
（7）石墨和电极。
石墨是锂离子电池、核反应堆以及高温应用中的关键组件，也是石墨烯的前体，对能源转型和储能技术进步至关重要。到2040年，全球石墨需求将增长超过2000%。通过创新工艺，在1500℃下可快速利用煤炭、煤矸石、煤焦和塑料废料生产高结晶度石墨，制成的石墨电极性能优于现有商业石墨电极。利用电化学反应也可以将煤焦转化为高价值石墨，显著降低工艺温度和时间。美国在这一方向处于研究前沿，开展的研究包括：①爱荷华州立大学正研发用于工业应用的煤基石墨烯材料；②Touchstone Research Laboratory正开发由废煤合成石墨产品；③俄亥俄大学利用碳产品供应链废料及副产品生产用于储能的石墨；④乔治·华盛顿大学正开发将煤炭转化为锂离子电池级石墨的技术；⑤C-Crete Technologies公司正开展将煤低成本转化为石墨烯的实验室规模测试、建模与技术经济分析。
（8）碳泡沫。
碳泡沫具有复杂立体框架、微米级孔隙以及灵活的物理特性，可用于生产混凝土轻质骨料、建筑防火/隔热材料、电磁干扰屏蔽面板、复合磨具等。通过高压釜和间歇式窑炉碳化等批处理步骤，可实现大规模生产。行业内估计，如果碳泡沫能够满足房屋建造预计需求的10%，每年将使用超过1亿吨煤炭。
（9）纳米材料。
石墨烯是一种卓越的碳材料，其强度超过钢材，并且比铜的电导率和导热率更高。美国国家能源技术实验室（NETL）开发出一中简单的煤制石墨烯工艺，其产量是当前方法的6到10倍，而且成本仅为1/15到1/30。该技术专利已转让以实现商业化。除此以外，石墨烯量子点、碳纳米片也受到关注，当前正在进行的煤基纳米材料相关研究包括：①怀俄明大学开发基于煤炭生产多功能碳量子点；②NETL正开发碳材料制造；③伊利诺伊大学正开发煤基超导材料用于储能；④特拉华大学正开发实验室规模的煤基碳金属复合材料增材制造技术，用于高性能散热器；⑤田纳西理工大正开发煤基石墨烯铜纳米复合材料的喷涂沉积技术，用于生产先进导体；⑥Baker Hughes
Transition公司正开发煤增强型聚醚醚酮长丝的增材制造技术；⑦特拉华大学正开发高负载煤炭衍生碳的颗粒粘结丝材的实验室规模制造工艺；⑧俄亥俄大学正开发废弃物增强丝材，用于碳化结构的熔融沉积成型增材制造；⑨Semplastic EHC公司正开发煤废弃物增强丝材，用于高温塑料和陶瓷复合材料的增材制造。
报告提出通过可持续煤炭管理（图2），使煤炭技术具备无限可能性，包括将CCS与其他煤炭工艺集成，如钢铁和水泥生产、蓝氢、氨、甲醇、烯烃、农产品、先进碳产品等等，以及将减排技术用于上游煤炭开采和运输。从技术上讲，实现煤炭价值链的脱碳是可行的。
（岳芳）
原创声明：本文为中国科学院武汉文献情报中心先进能源科技战略情报研究团队原创，未经原作者允许不得转载本文内容，否则将视为侵权。转载或者引用本文内容请注明来源，其中论文引用请标明文章作者和单位（中国科学院武汉文献情报中心）。对于不遵守此声明或者其他违法使用本文内容者，本团队依法保留追究权等。
感谢喜欢
先进能源科技战略情报研究中心
微信公众号的您能够持续保持关注，我们将继续和您一路同行。
