“绿水青山就是金山银山”的理念，从提出到现在已经16年了。这一历久弥新的理念，在“碳达峰、碳中和”背景下，愈益彰显出强大的生命力。中央强调“绿水青山就是金山银山”，就是要尽最大可能维持经济发展与生态环境之间的精细平衡，走生态优先、绿色发展的路子，越是面临困难挑战，越要增强生态文明建设的战略定力，越要向绿色转型要出路、向生态产业要动力。实践证明，充分挖掘绿水青山的经济效益，不是权宜之计，而是应对风险挑战、实现高质量发展的长久之策。作为工业血液的能源行业正大踏步地走在高质量发展和绿色低碳转型的路上。未来，我国传统能源与新能源之间会是怎样的一种关系？煤炭绿色低碳转型的路径是什么？煤矿塌陷区实施生态修复的意义和重要性体现在哪些方面？又会产生怎样的生态效益、社会效果和经济效益？鉴于此，近日《环境保护》杂志对中国工程院院士、煤炭资源与安全开采国家重点实验室主任、中国矿业大学(北京)矿山生态修复研究院院长彭苏萍做了专访，请他谈一谈对上述问题的思考与实践。
2021年9月6日，中国工程院彭苏萍院士接受《环境保护》杂志专访。摄影 /于宝源
《环境保护》：我国实现“碳达峰、碳中和”目标，煤炭扮演着怎样的角色？彭苏萍：我国拥有全球最大的能源系统，也是最大的煤炭生产和消费国。2020年我国煤炭相关产业二氧化碳排放量约76亿吨，占我国总排放量的77%左右。大规模煤炭开发利用是最为突出的温室气体排放源，能源行业是我国实现“双碳”目标的关键。从我国能源生产和消费结构看，化石能源占84%的比重，新能源与可再生能源只占到16%的比重。化石能源占比中，煤炭占57%，天然气和石油占比为27%。新能源与可再生能源的占比中，水电占7%，核电占3%，其他6%为风电、光伏、生物质和地热能。我国一年消费石油约7亿吨，但是自产石油只有2亿吨，其余5亿吨依赖进口。我认为，“双碳”目标的实现离不开煤炭的积极贡献，在一定时期内，煤炭仍然是我国能源安全的基石。《环境保护》：煤炭等化石能源绿色低碳转型路径又是什么？化石能源与新能源将以怎样的一种关系并存？彭苏萍：从世界能源格局和资源禀赋看，中国实现“双碳”目标比欧美等发达国家的难度都要大一些。因为欧洲主要依赖天然气，美国主要依赖石油，中国则主要依赖煤炭。煤炭还是碳排放最高的化石能源，欧洲除天然气外，还有核电做支撑。由于我国地理环境和地质构造等因素，有些地区建设核电站难度很大，所以我国的核电比我们想象的要弱一些。碳约束将深刻影响和改变中国现有能源开发利用方式。世界各国能源绿色低碳转型的路径与方式各有不同，由各国资源禀赋与技术优势差异所决定，我国应立足国情走中国特色转型道路。据我分析和判断，煤炭绿色低碳化发展是实现“双碳”目标的关键，不实现煤炭的绿色低碳发展很难完成我国碳中和目标。推动经济增长模式的绿色低碳转型不会一蹴而就，我国国情和能源禀赋情况的特殊性，决定了无可借鉴也无先例可循。我认为，当前一个时期内，中国还是要实行两条腿走路。一是通过技术创新将高碳能源低碳化利用。以燃煤电厂为例，把在发电过程中产生的二氧化碳进行处置，使其不排到空气中。并将发电效率也就是能效从30%提升到60%，这样可以减少一半煤炭的使用量。2021年陕西榆林等地的煤炭价格已经达到了1200元/吨，史上最贵煤价应运而生。以前卖到500元/吨就已经很不错了，即使1200元/吨都有可能出现买不到煤炭的情况。中国还是要考虑发展问题，还是要把发展放在首要的位置，高碳能源低碳化利用方面的技术创新工作还需要我们不懈努力。当前煤炭相关产业碳减排压力巨大，以煤为基础的发电和转化效率还不高，急需开发高效技术将用煤总量降下来；大规模可再生能源近期还很难替代煤炭，油气供应安全形势严峻，能源转型还需时间；煤炭开发利用过程中资源化回收及高值化利用技术不足。煤炭低碳发展助力碳达峰的措施有：大力发展煤炭开采碳排放控制技术；降低煤炭开发利用的能源消耗强度；提升用煤质量减少煤炭利用碳排放；推动煤炭向原料、燃料并重转变；推动煤炭与其他能源实现融合发展；研发实用的碳捕集、利用与封存技术。我认为，中国的煤炭低碳化利用问题不是一个很难解决的问题，因为中国人对煤炭技术比较熟悉，只要在政策上支持，资金上引导，科学上重视，一定会取得重大突破。二是通过技术创新提升新能源和可再生能源比例。新能源一定要搞，不但要搞，还必须要搞好，不断扩大新能源的占比。我虽然是煤炭科技工作者，但本身是社会的一份子，非常关注二氧化碳排放问题。我国自2013年以后，碳排放是世界第一，总量也是第一，增量还是第一，而且人均能源占有率也超过了世界平均水平。同时，我国作为一个负责任的国家，始终把减少二氧化碳排放以及提高能源使用效率放在能源工作的重要位置。我们从事煤炭研究的人，愿意看到新能源有更大的发展，愿意给新能源当配角，愿意给新能源作为调峰使用，从而保障我国的能源安全。实际上，我国一直非常重视能源转型，期待新能源和可再生能源的比例得到大幅度提升，从而替代煤炭的消耗量，但是这个难度相当大，谁都不能否认。因为我国的风电和光伏产业主要分布在西部，距离东部经济发达地区较远，造成了空间上的障碍。化石能源在使用过程中会排放大量二氧化碳，减排压力巨大，须多举措加快减碳进程。实现煤炭低碳发展，须依靠颠覆性技术创新，我国多煤少气，需要发展煤气化技术，尤其需要发展二氧化碳近零排放的煤气化燃料电池发电技术。利用固体氧化物发电、二氧化碳转化成甲醇，正是目前我们正在做的工作。依据电解质种类的不同，燃料电池分为质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池等。其中，固体氧化物燃料电池发电，或通过燃料电池的逆过程电解水制氢，以及电解二氧化碳制一氧化碳可以使风能、太阳能等高效转化成可持续能源，是未来有前景的能源转化储存和碳中和技术。例如，整体煤气化燃料电池可打破以往电厂通过汽轮机发电的模式，提高煤气化发电效率，降低二氧化碳捕集成本，同时实现二氧化碳及污染物近零排放，是煤炭发电的根本性变革技术。与质子交换膜燃料电池90℃左右的工作温度相比，固体氧化物燃料电池工作温度可以高达700℃左右，一次发电效率可以达到60%，比较适合大规模供电与集成式发电。除了发电效率高外，固体氧化物燃料电池发电技术余热品质也很高，温度可高达600℃，因此也可以用于热电联供，效率可达到90%以上。可以说，基于固体燃料电池的分布式发电是最高效、环保的燃气发电技术。通过固体氧化物燃料电池技术实现化石能源利用的“零碳”排放是我们的奋斗目标。质子交换膜燃料电池因为对氢气的质量要求高，所以成本也高。目前，煤制氢过程中的氢气纯度还达不到质子膜燃料电池的要求，还要进一步分离提纯，因此社会上广泛提出了“绿氢”问题。实际上，问题不在氢上，主要还是燃料电池的问题，这是因为质子膜燃料电池的工作温度太低。如果采用工作温度高的固体氧化物燃料电池，就不存在这个问题：它不要求纯度很高的氢气，而且除氢气之外，还可以用天然气、石油气、煤的合成气等替代氢气作为燃料，因此供给模式可以不打破现有能源供应链。燃料电池大规模发电有一个非常大的好处，就是噪音很小，仅在60分贝以下。固体氧化物燃料电池技术的正向过程可以发电，其逆向过程实际上是固体氧化物电解池，也就是说还可以利用多余电，反过来再制取氢气、制取氧气。我国现有制氢、加氢站多是采用传统模式，主要以政府投资为主体。如果发展以固体氧化物电解池技术为基础的分布式制氢模式，中国的氢能和以氢能为基础的产业，其成本将有效降低，得到进一步发展。固体氧化物燃料电池技术还有一个优势，其启动只需在半小时以内，非常适用于电力调峰。我们近期准备在煤矿塌陷区上建设光伏项目，并通过固体氧化物燃料电池技术调峰，或采用其逆过程——固体氧化物电解池技术协同制氢。碳达峰、碳中和目标的提出对中国是一个机遇，需要改变以前的发电方式和用能方式。今后20-30年间，中国要继续拓展应用可再生能源，必须解决调峰问题。对于分布式固态燃料电解池制氢，我们计划在山东建设若干个示范基地，并利用集装箱的堆叠解决氢的储运难题，节省储运成本。另外，我们也希望将固体氧化物燃料电池技术应用到居民小区里，作为小区供热或制冷的来源。可以说，未来10-20年将是我国氢能源产业发展的重要机遇期，需紧密联系我国能源发展实际，助力实现氢能源高质量发展，这就需要从战略、政策、技术、资金、国际合作等多方面积极谋划，通过改革创新破解发展难题。
《环境保护》：大力推动技术创新是实现煤炭绿色低碳发展的利器，这给煤炭开采和煤炭生产企业提出了新的要求。在人们的普遍印象中，煤炭开采的负效应是带来生态环境的破坏和恶化。您认为我国煤矿区的生态环境保护和修复工程该如何制定和实施更有助于“双碳”目标的实现？彭苏萍：西北地区是我国主要的煤炭基地，我们的课题组曾经对这一地区的生态环境进行过长期专门的调研，结果表明从1990年以来，西北地区的生态环境不是逐渐变差，而是逐渐变好，彻底更新了煤炭开采只会破坏生态环境这一传统观念。大自然原本就有自身修复功能，人与自然合而为一的生态文明观是我们永远要掌握的。对此，我们也做了一些统计性的工作，其实煤炭开采与生态环境保护并不矛盾，只要通过严格要求和坚定实施是可以做到协调统一的，从而达到双赢。实际上煤炭开采会产生一些裂隙问题，以前相关方面专家都认为这是对自然生态的一种破坏，但是在西北很多地方产生的裂隙问题可能是一种有效的生态修复方式，就如农民在耕种前先要进行松土一样，通过土壤改良，促进增产增收，这是我们从几十年的工作成果中得到的一个结论。比如内蒙古准格尔20世纪80年代因为人烟稀少，属于荒凉之地，所以政府在此种植了很多树木，但是直到如今树木才只有几米高。然而在通过严格生态修复之后的煤矿塌陷区种植的树木就能够长到十余米高，除此之外整个矿区的生物多样性也明显变好。通过与周围生态环境的对比，我们发现了原因的所在：就是露天矿排土场搞生态修复和再造时，将岩土整个给“刨、翻”了一遍，打破了原有的生态环境和不利于植物生产的生态系统，促使了现有再造生态环境的健康成长和发育。作为一个科技工作者，在生产和社会服务过程里面，可以发现很多不同寻常的现象，甚至是一些教科书从来没有写过的，这些都值得科技人员深思。由于东北部分地区无限制的获取自然资源，但是反馈、回馈的少，规划、补偿的少，资源枯竭后造成城市衰退。我们不能再走东北的老路，课题组对煤矿区的生态环境保护和修复工作进行了认真思考，提出了“三个区域富饶”生态战略构想。即：煤矿开采奠定了区域富饶，煤炭开发实现了区域富饶，生态修复延续区域富饶”，对内蒙古鄂尔多斯和陕西榆林两个以煤、煤化工为基础的工业化城市进行统筹规划，通过“全周期生态演变四维监测、生态安全影响程度评价及预测、地下水保护与矿井水处理、沙尘智能监测与沙尘综合防控、生态减损开采、生物种群优化配置、盐碱地微生物修复、土壤修复与植被恢复”等八项核心技术，将煤矿区变成一个景色优美、生态宜人的聚人区，成为人们愿意前往的地方。《环境保护》：我国煤矿区的生态修复该如何进一步拓展思路，发挥积极作用？彭苏萍：我们的长期跟踪研究显示，开采之后的煤矿塌陷区通过生态修复治理可以变成固碳的新场所。修复后的土壤本身固碳，种植的草本植物和乔木也都可以吸收二氧化碳。我们算了一笔账，如果把全国所有煤矿塌陷区80%的面积进行生态修复，至少固碳11亿吨，若是降雨量再加大一点，还可以增加10%的固碳量，所以煤矿开采煤炭之后，积极探索“以‘主动治理’替代‘被动修复’；以‘全过程治理’替代‘末端治理’；以‘边开采边治理’替代‘先开采后治理’；以‘开发同时保护’替代‘先开发后保护’；以‘煤矿区产业高质量发展’促进‘地区社会经济发展与生态保护’”的煤矿生态环境修复新模式极其重要。因为煤矿区的生态修复是我国实现碳中和不可或缺的中坚力量。通过反哺政策进行生态修复，使得挖煤后的生态环境比挖煤前的生态环境好了很多，大规模煤炭开发的内蒙古鄂尔多斯和陕西榆林地区，以前大部分都是沙漠地带，现在则变成了一片绿洲。《环境保护》：我国煤矿区生态修复总体规划是实现高质量发展的关键因素，其解决方案又是什么？
彭苏萍：我们发现，对煤炭开发地区的土地整治和人工修复后，植物多样性和繁茂程度比原始状况有显著提升；煤炭开采后，地下水和生态环境存在自修复现象——特别是干旱的盐碱地环境，煤炭开采后盐碱地面积大幅度减少，生态促进作用显著。变被动治理为主动引导，生态自修复规律与人工修复方法有机结合，实现我国煤矿区生态环境修复的可持续发展。以榆林-鄂尔多斯能源走廊生态修复为示范工程，在政府主导下进行总体规划试验，以“绿”为核心，建立起煤矿区井下工业生产与井上生态治理联动的立体修复模式。通过研究掌握地下水流动方向和流量特征，在合适的地方构筑地下或地面水库，在地下潜水位高、厚煤层或多煤层地区，开采后建设地面人工湖泊或湿地；在黄土高原地带，通过土地整治，建立起大面积人工林或经济作物基地；在严重缺水的干旱地区，建立以光伏-生态一体化的产业基地。在风积沙地区治理过程中，早期以种植草本和灌木植物养地为主，后期以增加种植乔木和经济作物增效为主。同时，利用煤矿区开发后原住居民已基本搬迁、土地流转便利这一优势，由政府主导，煤炭企业投资，开展区域连片治理，将榆林至鄂尔多斯之间广阔地域建设成一个植物茂密、动物繁衍、水美草肥的生态公园。将榆林南部米脂一带建成红色文化旅游区，北部鄂尔多斯地区要将元蒙文化作为中华文明的重要组成部分构建文化旅游区，并在他们的过渡地带引进国际先进的娱乐、消费产业模式，建成内陆开放的高地。在此基础上，充分利用该地区夏季气候凉爽，距北京、天津、西安等大型城市近、交通便捷等优势，逐步将榆林至鄂尔多斯打造成我国夏、秋季休闲城市圈，实现我国煤矿资源型城市发展过程中的华丽转身，让矿区经济社会发展能够实现第二次飞跃，让“绿水青山就是金山银山”理念切实得到贯彻与践行，并辐射我国整个西北地区。
专家介绍
彭苏萍：矿山工程地质与工程物探专家，2007年当选为中国工程院院士，现任中国矿业大学(北京)教授，煤炭资源与安全开采国家重点实验室主任。