曹伯楠：在双碳背景下煤基新材料产业化的推进与发展

编者按：2021年7月8日，以“碳中和与未来能源”为主题的“第三届未来能源大会”在北京召开，本次大会由中国能源研究会与中国能源网联合主办。会上，国家能源集团中国神华煤制油化工有限公司规划发展部副主任曹伯楠发表了“在双碳背景下煤基新材料产业化的推进与发展”的主旨演讲。

以下内容根据大会演讲实录进行整理。

曹伯楠：大家下午好！

首先道歉，本来应该是温亮博士来做报告，他正好在外面出差，没法赶回来，所以我代他做今天的汇报。前面两位老师把“双碳”背景下，面向顶层设计的，包括战略路径，都介绍很详细了，我自己这块也感受颇深，学到很多东西。我主要是结合煤化工产业化，怎么去做煤基新材料，谈谈我们自己的一些想法。

首先介绍一下国家能源集团，2017年11月，当时经过国务院批准，中国国电和原神华集团合并成立的，我们现在有八个产业板块，还有四个全球第一，全球第一煤炭生产企业，全球第一火力发电企业，全球最大的风力发电企业，全球最大的煤制油煤化工企业，这里还落了一个全球第一，我们是全球最大的氢气生产企业，当然，我们生产的氢气主要都用于下游加工了，也就是灰氢，将来灰氢怎么利用也是下一步可以探讨的问题，今天就不展开这块了。

关于“双碳”背景已经介绍得很清楚了，作为化工产业一员，先谈一下化工。我们认为，从过去发展中，一直是国民经济生产的支柱，基本上都占到GDP的10%以上，我们也认为，未来的发展化工是不可缺的，它对于工业生产和社会生活中工业基础原料支撑性有一定的必要性，之前我们化工行业发展一直在GDP增速以上的，从“十三五”、“十四五”之后，它的发展更多是一种回归本真，从它的增速来讲，可能会与GDP发展增速持平，或者低于GDP发展。

刚才涂老师也说了，我们现在感受很深，刚才陕西的项目大家也关注了，上千亿投资，陕煤的，7月4号工程部下的命令，当时榆林当地停的不止这一家，还有40万吨乙二醇也停了，包括其他一些小项目，当地所有项目都停了，停的原因官方给出说法是现在能评还没拿到批复，但具体原因很复杂。可以看出现在各地政府在“双碳”背景下，对于高耗能、高排放企业的控制是非常严的，包括我们现在自己在做“十四五”规划中，到底往哪个方向发展面临很大压力，基本上都要先解决能耗指标，还要考虑碳排放问题。我们自己个人理解，从“十四五”过程中，对于化工行业来讲，更多是技术革新和低碳经济所推动下大的转变，需要寻找新的发展路径，面向高质量发展，重点还是要做一些清洁化、高附加值和多元化的一些产品。

我们公司提出一体两翼发展格局。一块是煤基新型燃料，一块是煤基新型材料，我今天主要讲煤基新型材料，降解塑料，现在我们更关注塑料污染问题，从工业化生产到现在差不多半个多世纪时间，但它所带来地污染问题应该是全社会所关注的焦点，基本上现在常用的比如聚乙烯、聚丙烯、PVC降解周期都在几百年时间，所以我们半个多世纪以来生产的东西可能要到几百年之后才会消化。全球据不完全统计，有63亿吨塑料垃圾，每年还要再新增产1亿多吨的塑料垃圾。还有海洋塑料污染，现在塑料垃圾在海上可以形成垃圾岛，包括分解过程中形成的塑料微粒，这在我们的生活饮用水中也发现了，塑料本身对健康不会有太大危害，但塑料微粒可以作为病原体载体，把更多病菌带入人体内。所以治理海洋污染，不光是从人体上，包括健康卫生，也是值得关注的问题。

另外身边可以看到的，包装和快递外卖，这是生活中常用的。这块市场发展速度是非常惊人的，基本上都是乘倍数增长，现在市场规模快递大概200万吨，外卖包装接近200万吨，这个数字我们预计到“十四五”末，这两个行业加在一起应该可以达到1000万吨的水平，这是快速增长的市场。而且这个市场增长带来什么问题？它对于一次性垃圾的增长是一个重要的推手，相当于加剧了我们现在塑料污染的问题。习总书记在2019年中央生产会上对塑料污染治理提出三个方向，可回收，可循环，可降解，我们今天讲降解塑料。

现在常见降解塑料是第三代，生物降解塑料，在微生物环境下，我们使用之后可以最终分解成水和二氧化碳，现在市场常见是PLA、PBS、PBAT，现在如果我们去一些超市买的塑料袋，你可以看看底下的标识，基本上不超过这三种产品，基本占到我们国内市场的90%，我们现在关注的是一种新产品，PGA，从煤基做过来的，后面会详细介绍一下。

为什么从煤做降解塑料这个路径呢？有两方面优势：一个是工艺路径上，降解塑料更多是含氧化合物，传统聚乙烯、聚丙烯是纯碳的，所以一定要含氧的东西。煤化工最主要的途径是用煤先变成合成气，一氧化碳和氢气，这个氢气就是灰氢，一氧化碳在生产降解塑料时最终把氧气氧原子带进去了。原来做煤制烯烃时，把一氧化碳生成，最后做烯烃时再把氧排出去，做降解塑料时把氧留在产品中，我们通过煤化工在工艺上生产一系列含氧化合物，这是工艺上的优势。第二个是成本上，我们做了成本分析预测，跟国外氢烃为原料的产品对比，现在是接近他们的生产成本，作为煤化工来讲，但作为含氧化合物，包括乙二醇、甲醇，它在成本上是有比较大的优势，所以具备工业化的前提。

我们关注PGA这个产品，这个产品已经存在很久了，现在国内用的手术缝合线用的就是PGA，为什么没法推广？都是实验室生产的，成本很高，大概1吨是500万元，现在工业生产只有日本的屋宇（音）公司，他在美国有一家企业，年产4000吨，他的工艺路线用到了氢氰酸，这个东西毒性是比较大的，特务间谍最后放的药丸就是跟这个东西组成的。这个过程中一个是毒性，环保排放，还有工业放大上有一定难度，它的原料还是基于精细化工原料去生产的。我们现在推进的是以煤为主的，煤通过草酸亚铁（音）做煤制乙二醇路径上，我们利用中间产物生产乙醇酸，再做聚乙醇酸，就是PGA降解塑料。

这个是我们现在混合所有制科技型企业，上海浦景化工公司，它前后开发了将近十年，从实验室到小试中试，现在在包头我们工厂旁边建了一条1500吨的中试线，这个技术2020年通过石化联合会的验收，应该是技术达到了先进水平。同时他的产品作为降解塑料原料也取得相应认证，现在土壤堆肥，家庭堆肥，包括它还有一个特性，可以做到海水降解，现在超市见到的那些都不能实现海水降解，但PGA可以实现海水降解，未来有希望解决现在面临的海洋污染问题。

国家2030重大项目先导项目，高性能可降解材料的工业生产与改性应用研究，我们利用PGA做了产品研发，这是我们做成的一些产品照片，看上去很幼稚，为什么把这些图片放进来？PGA原来成本很高，500万吨，如果做医用的。现在吴宇的产品价格售价大概是1吨10万元到100万元不等，看你做得是什么东西，因为从来没有人拿PGA去做这些日常所见的塑料刀叉勺，成本太高了。但现在我们有一个工业示范项目，可以把成本做到低于现在市场上所有降解材料，同时我们的目标是在五年之后成本向通用塑料聚乙烯、聚丙烯现在常见的塑料看齐，可能没法达到和它一样，但争取控制在它的成本1.5倍之内，这是非常大的突破。现在我们的降解塑料在市场上售价大概都在3万左右上下，2.5万-3.5万之间，而我们通用塑料价格大概是在7000-8000，我们希望把这个价格控制在一字头，争取接近1万元的水平。

我们在工业技术中试装置产品研发基础上，准备建500万吨示范项目，在榆林。建设过程中有一块技术壁垒，中间过程中它要生成一个聚合前体，聚乳酸有一个技术难点，国内还没打通，它叫丙交酯，我们叫乙交酯，跟它结构类似，但比它结构简单一点。丙交酯现在技术基本上都掌握在国外手中，它的工业化生产中对于丙交酯的纯度怎么提纯，这是非常难的技术。我们现在丙交酯上已经打通这个流程，这在我们工业示范上是一个核心的攻关点。这个项目本来作为基建项目，但后来集团决定列为今年十大重点科研项目，去年年底拿到批复，今年已经开始建设，计划今年年底投产，所以明年应该能看到我们这个产品。

PGA的特性除了降解以外，它本身是高强度，高阻隔，高耐热，我们生活中一般需要几种塑料掺混，比如现在超市见到的塑料袋，更多是30%的聚乳酸，增加挺度，70%PBAT是增加柔韧性的，既有韧性又可以支撑，如果纯用柔性材料，有的塑料袋放那就像弹簧一样塌在那了，它是全部用的柔性材料，不太实用，所以各种塑料都需要共混，我们的PGA也需要共混。我们的目标不光是生产这个单一一种材料，通过我们生产煤基含氧化合物工艺上的优势，可能还要生产其他产品。这是我们在规划的产品，我们在鄂尔多斯有一套10万吨的CCS项目，CCUS还没做上。我们可以生产丁二醇、丁二酸，我们计划在陕北地区或者内蒙古，打造降解塑料的生产基地，通过集约化一体化发展模式。

为什么我们在“双碳”背景下做降解塑料？刚才有一点我没有提，现在生产降解塑料的工艺二氧化碳排放是我们传统聚乙烯、聚丙烯的1/3，我们在5万吨项目上测过，把氧渗进去了，不需要那么多排放。能耗是现有的1/2，这个从煤化工来讲，从“双碳”来讲，一个很大的指向是指向煤炭煤化工，煤炭发电也好，煤化工也好，你只要用了煤了，把煤转化了，不可避免要排放大量二氧化碳、耗很多能量，在这种情况下，我们怎么引导煤化工转型，在煤基材料上这是一个可突破的方向。刚才说的是工艺二氧化碳，工艺工程消耗可能还需要消耗一部分能量，这部分能量我们还在优化，因为原来没做过工业化，我们在工业化过程中会继续优化，我们有信心整体控制在传统的烯烃产品之下。这样的话总体来讲，我们能够通过产品的产业升级转型，同时我们把二氧化碳排放降下来。

另外，我们现在推进的途径是我们要寻求跟新能源耦合，现在都是讲风电、光伏也好，包括配套的储能，还有电解水制氢，产生的氢气，也就是绿氢，可以用于替代现代煤化工的灰氢，降低我们在煤转化上煤头上的投资。电解水制氢出来的另外一个是氧气，解决我们空分上的投资。如果我们能和它合理架接上的话，对于前端煤化工前端煤转化整体投资有一个有效控制，绿电可以作为我们吸纳的一个重要的电力来源。当然，这里面存在一个问题，因为化工项目对电稳定性需求比较高，我们选用什么样的储能技术去保证它的供电稳定性，这可能是我们现在在做耦合式发展中需要探求的一个问题，这是我们现在需要关注的两个方向，一个是从煤基材料，一个是从新能源耦合发展。

塑造新优势，培育新产业，高专新兴产业增长引擎，希望“双碳”背景下，利用好“十四五”窗口期，实现产业转型，保证我们煤化工的发展态势。

汇报完毕，不当之处多多批评指正，谢谢。