真正清洁的煤炭？这有可能！煤气化技术能帮助中国减轻空气污染。来自西门子中国研究院的工程师正在研制不会产生二氧化碳、并结合使用可再生能源的煤炭利用方式。

宁夏煤基烯烃项目（NCPP）全景。在这里，西门子安装了五套煤气化装置。

中国面临着两难困境：许多时候，在像北京这样的城市，空气质量非常糟糕，以至于不戴口罩就无法长时间呆在户外，健康也会受到影响。习近平主席承诺，中国的二氧化碳排放将从2030年开始下降。但要实现这一转变，必须从现在起就打好基础。中国能否实现这个目标，很大程度上取决于煤炭方面的决策。燃煤发电依然占中国总发电量的70%左右，煤炭是造成中国严峻环境问题的主要元凶之一。尽管到2030年，可再生能源、核电和天然气等将取代部分煤炭，使之在中国能源构成中的占比降至52%，但为了发电和生产工业原料而燃烧的煤炭量将继续增长。

一方面是煤炭用量日益增长，另一方面是降低排放，如何解决这个困境，是大量研究和开发工作背后的源动力。西门子作为能效，同时也是低排放技术，参与了这些研发工作。解决方案或许是煤气化技术。这是一项基于简单原理的成熟技术：在高温下，煤粉（换句话说，近乎纯碳）与水一同被转化为气体。由此产生的是氢气和一氧化碳构成的合成气体，然后，再利用水，将其中的一氧化碳进一步转化为二氧化碳和更多氢气。整体煤气化联合循环（IGCC）装置采用这种工艺来供应高纯度氢气，以在燃气轮机中与天然气混合，用于发电。在这个过程中，二氧化碳已被分离出来，因此，譬如，可以将之注入油田，以提高采收率，而不是排放到大气中。这样一来，发电几乎不排放任何二氧化碳。德克萨斯州清洁能源项目正在美国研发的IGCC装置将能实现这一目标，这套装置将采用西门子提供的燃气轮机来生产电力和化肥，所产生的二氧化碳则被注入油田。

准备就绪：位于德国Freiberg的西门子燃料气化技术公司开发的SFG-500气化装置。

煤炭：关键成分

IGCC工艺不仅适用于发电，也可用于生产工业化学品。它是利用诸如煤炭、炼油厂废弃物，甚至是有机废弃物等含碳量不尽相同的各种燃料，来生产许多不同材料的理想途径。位于德国Freiberg的西门子燃料气化技术公司的技术与创新部门主管Frank Hannemann表示，“从根本上讲，（它可以生产）任何含碳材料”。塑料、甲烷（天然气）、甲醇、柴油、化肥，对由煤制得的产品，几乎没有任何技术或化学限制。

中国的许多工厂已采用这项技术。这是因为中国的煤藏主要分布于华北草原等偏远地区，当地的用电户很少，使用煤气化技术来发电通常是最坏的选择。携手煤矿公司神华宁夏煤业集团，西门子在中蒙交界附近建造了一座煤气化装置。这座装置的输出功率高达250万千瓦。西门子为其提供的5套燃料气化装置，采用了先进设计，配备了气动煤炭传送带，以及能够用更少的水冷却滚热的合成气体、用更少高压蒸汽将所生成的一氧化碳转化为氢气的燃烧炉。得益于所有这些特性，这座装置不仅具备更高能效，而且二氧化碳排放更低。

生产原材料，而不是发电：宁夏煤基烯烃项目（NCPP）。

来自西门子中国研究院的创新

能够取得这一进步，西门子中国研究院的技术经理王德慧功不可没。她说：“我的团队向Frank Hannemann的研发小组开发面向中国市场的新型煤气化装置提供支持。”她的团队监督了套示范装置的开车，并对其进行了优化。王德慧的实验室距离她在西门子中国研究院的办公室仅一小时车程，在这里，她使用一套实验装置来研究当滚热的合成气体被冷却时发生的化学反应。Wang也在研发能够提高能效、限度减少二氧化碳排放的新工艺。她的团队已成功研制出一种用水把一氧化碳转化为二氧化碳和氢气的新型变换工艺。这项技术首次使用了两段式工艺，并在段使用了抑制催化剂。这种催化剂减缓了反应速度，导致段仅少量气体被转化。直到第二段，才在活性催化剂的助力下，发生全部反应。这种解决方案之所以优于其他方法，是因为：通过减慢速度，它减少了冷却热气体（其温度高达1,400摄氏度）所需的蒸汽，从而提高了总体能效。目前，王德慧正与西门子燃料气化业务部一道，寻求与一位客户合作，在中国安装套试点装置，以演示这项新技术。

这套装置设立了新的能效标准。然而，不幸的是，它未能发挥应有的环保作用。尽管已被分离出来，但二氧化碳并未被封存到地下。神华宁夏煤业集团认为这样做太不经济。相反，二氧化碳依然被排放到空气中。

王德慧凭借其研发的煤气化技术获得嘉奖。

太阳能或风电为煤气化提供动力？

归功于Frank Hannemann和Dehui Wang的工作，西门子获得了若干和技术优势，现在，他们正在合作研究一项对煤炭行业而言彻底革命性的技术。其思路源于这样一个事实，那就是IGCC工艺的能耗很高，并且会产生大量二氧化碳。如果把来自太阳能电站或风电场的过剩电能用于为这些装置提供动力，那么情况将会怎么？在这种情形下，用于吹气分离和电解的电动模块将进一步增强IGCC工艺的优势。种模块将从空气中获取氧气。这种吹气分离装置已经使用了很长时间，是一项成熟的技术。电解模块可将水分解为氢和氧两种成分。目前，西门子正在研发这类模块。这两种气体都能在IGCC工艺中发挥作用，氧气可用于将原料转化为合成气体，而氢气则可输入气化装置下游。理想情况下，可以通过调节混合比例来消除一氧化碳变换反应，从而避免产生二氧化碳。这样一来，IGCC工序结束时，所有的碳都将含在化学制品中，如甲烷或塑料，而氢气则可用氮气来稀释，并在燃气轮机中燃烧掉。

燃煤发电厂既不会产生任何二氧化碳，也不必采取迂回策略来处理二氧化碳，甚至还能充当风电或太阳能电站的蓄电系统？Hannemann说，“这有可能实现，但还有很长的路要走。”