煤制气产业发展布局应关注区域水资源状况

近年来，随着国民经济的持续发展，中国对能源的需求也在不断增长，但面临着全球气候变化趋势的加剧以及各国加大应对气候变化政策力度的大环境，中国政府正在加快推进其能源消费结构的战略转型，即在控制传统高碳能源开发利用或实现此类能源新型清洁化开发利用的同时，加大低碳、清洁的天然气及可再生能源的开发利用程度，提高这些能源在消费结构中的比例。根据国家发改委和国家能源局2016年12月发布的《能源发展“十三五”规划》，煤炭占一次能源消费的比例将从2015年的64%下降到58%，而与此相反，天然气的比重则要从2015年的5.9%提高到10%，非化石能源的比重从2015年的12%进一步提高到15%。

在上述要求下，煤制气产业作为一种以煤炭为输入原料，以天然气为输出产品的新型能源产业，在近些年来得到了政府和产业界的快速热捧。一是因为发展煤制天然气不仅扩展了我国低品质褐煤的增值利用方向，还顺应了煤炭深加工和清洁化利用的现代发展要求；二是，发展煤制气有益于改善我国的能源生产和消费结构，从而有力地促进我国现代化能源体系的建设；三是发展煤制天然气能够改善大气质量、化解环境约束，助力我国绿色低碳的可持续发展。煤制气对于我国实现“减煤增气”的能源消费结构战略转型具有重要意义。

在各方的大力支持下，我国的煤制气产业实现了快速发展。据相关统计，目前包括已建设投产、正在建设、正在做前期工作、计划中等的煤制气项目高达50多个。根据国家能源局2017年2月发布的《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》，2015年全国煤制天然气的产能为31亿立方米/年，实际生产18.8亿立方米/年。而如果上述50多个项目全部建成投产，产能可达2000亿立方米以上。

在煤制气产业快速规模发展的同时，越来越多的学者和机构开始关注煤制气项目的一些环境问题。在这些环境问题中，最受关注的无疑是煤制气项目对区域水资源的影响，主要原因是煤制气项目在煤炭气化反应生成粗煤气以及粗煤气的冷却过程中需要消耗大量的水。2013年，美国杜克大学在国际顶级期刊《自然·气候变化》上指出，煤制天然气的单位水消耗是常规天然气的数十倍，如果缺乏有效管理，煤制气的规模发展可能对环境来说是一场灾难。

对此，我们以中国目前主流采用的煤制气生产工艺技术为例，以大唐克旗煤制气项目为主要研究对象，利用水足迹评价方法，对煤制气的水足迹进行了评价研究。水足迹的概念于2002年正式提出，其被定义为在一定的时间内，一个国家、地区或一个人消费的全部产品和服务所需要消耗的淡水资源总量。水足迹指标分为蓝水足迹、灰水足迹和绿水足迹。对于煤制气这一工业产品而言，主要涉及蓝水足迹和灰水足迹两种，蓝水足迹衡量的是一段时间内所消耗的传统意义上的地表和地下水资源；而灰水足迹衡量的是将由生产活动向自然界排放的污水到可接受的水质所需要的水资源量。

根据我们课题组的评价结果，我国当前每千立方米煤制气生产的水足迹为51.29吨。对这一结果可以进行两方面的解读：一方面是从蓝水足迹和灰水足迹的角度来看，用于反映煤制气生产所直接消耗掉的水资源的蓝水足迹为6.86吨，而灰水足迹为44.43吨，这意味着绝大多数（约87%）的新鲜水消耗是由于稀释煤制气生产过程排放到自然界中的污水所需要的水；另一方面是从直接消耗水和间接消耗水来看，煤制气生产过程本身的水消耗为33.92吨，占66%；而隐含在煤炭等原料和其他投入的间接水消耗为17.37吨，占34%，这说明煤制气项目的水消耗大多来源于煤制气生产本身。

通过进一步对比煤制气与其他煤化工产品，如直接煤制油、间接煤制油、煤制甲醇、煤制二甲醚发现，煤制气的水足迹最低，这意味着相对于其他煤化工项目，煤制气在水足迹方面具有优势。尽管如此，如果与天然气相比，煤制气的水足迹仍然非常高。据相关研究，仅与蓝水足迹相比较，煤制气的蓝水足迹为6.86吨/千立方米，而常规天然气仅为0.1-0.2吨/千立方米。

由此可见，煤制气项目发展对水资源的影响理应纳入煤制气产业发展的布局当中。然而，课题组通过分析现有或规划的煤制气项目的地域分布，发现多数分布在新疆、内蒙古等地，这种分布最大限度地实现了煤炭资源的就地利用，减少了煤炭长距离运输等问题，但是这些地区也是水资源稀缺地区。如果将灰水消耗纳入进来，我们发现，内蒙古鄂尔多斯、新疆准东、辽宁阜新等地区的煤制气项目在全投产的情况下，仅来自煤制气产业的水消耗就将占到这些地区水资源总量的40%以上，这意味着煤制气产业的发展将与这些地区其他产业部门产生严重的用水竞争问题。

综上，为了保证煤制气产业的可持续发展，相关部门在制定煤制气产业发展规划与布局当中，一是要强调稳步推进，不能一哄而上，防止对区域水资源产生不可逆的影响；二是在产业布局当中，加大对区域水资源可承受性的研究与考量，做到区域生态的和谐发展；三是大力提高煤制气工艺技术的升级以及水处理技术和处理标准，这主要是由于煤制气生产过程自身以及稀释污水的水消耗占总水足迹的比重最大。通过上述三方面措施的共同实施与同步推进，煤制气产业才能更好地发挥其对我国能源战略转型的支撑作用。

(作者为中国石油大学（北京）副教授)