第784期【齐悦读—线上共读—透视新科技】《2022·新突破（二）乌金变绿能》
讲座题目：透视新科技——2022·新突破（二）乌金变绿能
主 持 人：胜 春
做客嘉宾：刘中民，中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所所长。
李军林，陕西延长石油榆神能源化工有限公司执行董事。
讲座时间：2026年7月6日～7月12日
（备注：讲座视频可循环播放）
讲座内容：
各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目！我是主持人胜春。我们的生产生活当中，很多地方都会用到酒精，而酒精的传统制造方式，它的原料使用的是粮食，科学家们找到了一个新的办法，让煤炭变酒精，那他们是怎么做到的？又会对我们生活带来哪些改变呢？通过短片进入今天的节目。乙醇也就是酒精，在工业、医疗卫生、食品等行业，有着广泛的用途，同时它也可以作为燃料为汽车提供动力，酒精在人民生活和生产中有着不可忽视的重要位置。但是我国的酒精产量却并不高，2021年我国仅燃料酒精的需求量约1400万吨，但是实际产量却不足300万吨。2022年10月，全球最大的煤制酒精工厂在陕西榆神工业区正式投料试车，投产后每年将有150万吨煤炭，从这里转化成50万吨酒精走向市场，这标志着我国拥有了全球领先的完全自主产权的煤制酒精制造技术。煤基乙醇工厂的正式投产，对于解决我国酒精的供需矛盾有何帮助？它又会给国家的经济发展和人民生活带来怎样的影响呢？首先给大家介绍一下我们今天请来的两位嘉宾，一位是中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所所长刘中民，另外一位是陕西延长石油榆神能源化工有限公司执行董事李军林。
很多人知道我们国家有石油资源需要大量进口，那酒精我们也很缺吗？我们国家酒的产量也挺大的，工业酒精的产量不够，因为它主要是依赖于粮食生产。从市场需求来看，酒精的用处非常广泛，大家都知道它可以消毒，它也是一些溶剂，这个溶剂性能还非常好，另外它可以代替乙烯，它本来也是个化工品。另外一个比较大的用处是它可以添到汽油里作为燃料添加剂，这叫燃料乙醇。就是我们很多北方地区的这个乙醇汽油，就是添加了这个酒精。整个东三省都是含10%的乙醇汽油，从这个需求来看市场量非常大。但是我们现在的生产量满足不了这个要求，全世界的大数乙醇产量是一亿吨左右，百分之八九十都是美国和巴西生产的，他们为什么产能那么高？美国是产粮大国，所以他们是通过粮食发酵方法出来（酒精）的。巴西用甘蔗的糖类去做的，总体上都是通过农作物这个粮食作物去做成的酒精。我们国家也是这个路线，但是我们国家的粮食安全显然要比用油的安全更重要一些，所以我们国家就不太可能广泛地用粮食做酒精，它需要新的途径。
其次也从石油里头可以汲取（酒精），但是这里头涉及一个成本的问题。这个成本很高吗？石油本身在咱们国家来说就比较稀缺，另外制成乙烯以后，这个成本都在七千块钱左右（每吨），你要再把它再转化为酒精的话，那成本会更高。另外还有一个点，就是说可以通过其他化工品，像乙酸这个路径也可以来，这个路径就存在一个需要贵金属的催化剂。咱们国家锆的含（储）量很少，主要靠从美国进口。在这之前，国际上其他国家有过用煤炭做酒精的尝试吗？有过别的途径，比如说用煤做成醋酸，醋酸就是醋了，纯的就叫醋酸了。做成醋酸再加氢，再转一下就变成乙醇了。就过程复杂了一些是吧？对，一个是贵金属（催化），一个是醋酸腐蚀，所以它就工业化不了，实际上国外也在做，国内也在做，但是用煤炭做成酒精，对中国是有特别意义的。为什么？因为我们国家石油不够多，发展煤化工，弥补石油资源的不足，这是一个大的战略方向，这就包括了用煤做各种化学品，所以我们国家这是不得不做，必须下功夫做，所以在这个基础上，虽说全世界的人都在努力，真正优先突破的还是我们国家的科学家。
煤也是一种资源，这煤用来烧更划算，还是换成酒精更划算？我们怎么来平衡这种关系？煤的利润是有两种，燃料咱们是广泛用的就是燃烧、发电这些路径，更主要的是煤炭，它具有原料的一个属性。比如说在化工生产的这些过程中，大部分是把它作为原料进行使用的。这样的话通过发挥它煤的原料的属性，把里头的元素转化为各种化学成分，这样的话能够充分把煤的潜能挖掘好、使用好，而并不是一烧了之。煤做原料相对于燃烧过程来说，它排放二氧化碳要少得多，所以发展煤化工本来就是我们国家一个战略的新兴产业，一方面弥补石油资源的不足，像煤能做成乙醇，还能有效地保障粮食安全问题，所以这是个大的方向。中国是一个富煤少油的国家，煤炭一直以来都是我们的主要能源，所以古人给了它“乌金”的雅称。但是我们的煤炭利用方式，主要是燃烧来提供热量和发电，而随着我国大力发展清洁能源，煤炭的用途也会有新的变化。除了燃烧，还可以通过化学方法把煤转化成化工产品，甚至清洁能源。比如煤干馏后的产物煤焦油可以制成汽油和多种燃料油，而它的残余物沥青可以用来制造电极和铺路。如今，中国科学家又找到了一个新思路，就是用煤炭来生产酒精，乌金到底如何能够变成绿能？这个过程中又要克服哪些难题呢？
我们听起来都很神奇，说煤跟酒精毫不挨着的东西，怎么就变成了酒精的？总体上首先要有催化剂，像这个体系来说，它有两个催化剂，第一个就是和一氧化碳反应的催化剂，另外一个是加氢的催化剂。第一个反应更重要一些，也更难一些。我大致琢磨一下，我估计我们至少试过上百种配方，才有可能突破这个。上百种配方？对，做很多，很久了，也一直在探索，就是不咋成功，就是像我们所做了几十年，想用煤炭汽化之后，再直接转化成酒精，但是用的金属是铑金属，比白金还贵好几倍。那成本高？那用不起，所以这个一直催化剂没突破，后来我们是走了另外一条路线，这条路线也不用贵金属，它就突破了。煤是一种混合物，除了主要成分碳，还包含氢、氧、氮、硫等其他元素。想要把煤炭变成酒精，首先要把煤的氮、硫等杂质去掉，然后再把2个碳、6个氢和1个氧组合到一起，这样就成了酒精。在这个复杂的过程中，需要一个推手来施加助力，这个推手就是催化剂。自然界中有很多天然催化剂，但是他们促进转化的速度慢、效率低，中国的科学家经过十几年的努力，研发出了一种人工催化剂，可以让煤炭快速变成酒精。那么与粮食酿造相比，把煤催化成酒精的过程有何优势呢？
让煤炭变成了酒精，那跟传统我们用粮食生产酒精对比起来它的优势是什么？第一个是成本低，一般情况下三吨玉米做一吨酒精。但是这个就是三吨煤就能做了一吨酒精。我们对比一下它两个价格就知道了，一般煤的价格也就（每吨）500块钱左右，玉米的价格我估计（每吨）1500都打不住，现在得2000块钱。原料是原来的成本的三分之一或四分之一？对，就相当于百分之二、三十了，它比生产一吨乙醇成本要低1500块钱，这样的话按咱们工业乙醇的需求量1000万吨来计算的话，那一年的话就是会节省150亿的成本，这个是一个比较可观的一个数字。一个是成本低，另外那一定会节省粮食，有效地保证我们的粮食安全。你可以设想一下一千万吨乙醇，假如用粮食做那就得三千万吨。3000万吨粮食够我们吃多久的？一个人半吨，一年多少？六千万人一年了。几乎解决了一亿人的口粮。是，另外一个这个大工业流程和传统的发酵那种粮食发酵的流程它不一样，这个可以一个工厂五十万吨连续化，现代化的工厂去连续化生产，它效率高得很。发酵，有一些人可能对制酒有感觉，它是个低温过程，另外还不连续，间歇式地，一锅一锅地做，所以这个效率要比它高得多。要从成本效率，包括我们的市场，在各个方面都会体现出优势了。
那我们用煤炭加工出来的酒精跟传统的粮食加工出来的酒精，我们在质量上有没有对比，是一样的吗？从化学的角度来说，从粮食做的酒精和煤做的酒精，化学分子式是一模一样的，它的化学性质也是一模一样的，所以它可以有各种用处，甚至还优于粮食加工的乙醇。因为粮食里边它是发酵的，它还有很多杂醇，需要精馏去进行精细化处理。从工业的角度来说完全没有问题，化工的精馏过程也会让产品很清、很纯净，纯度可以达到99.7%以上，剩下的就是一点水存在。其他的杂醇基本上就不存在，我们对比过现在工业酒精有各种标准的，国家有标准，从煤制的酒精完全能做到A级的，这是没有问题的。很多人可能会想到一个问题，那如果用煤来制成酒精，而且放在食用领域，我们能接受吗？我们不太赞同把它做成饮品这一类的，因为酒类它本来就跟文化有关联，它是两个行业。咱们生物法酿造的酒精，实际上它是以乙醇为主，还有其他的乙酸、乙酯，还有其他杂醇的存在。实际上咱们闻到的喝酒的话，闻到的香味并不是乙醇味道，而是事 实上酯类是有香味的，所以我们还是希望它用到工业领域，这是一个更大的，有更大潜力和更大发展空间的一个新领域。
刘院士是建议粮食生产的酒精多了，可以用于工业，但是工业煤炭生产的酒精多了，别往酒里面掺和。不要用到。您是心里接受不了，可是在化学上您是觉得是没有问题的？我心里完全能接受，但是从国家的产业布局和发展，从我们的文化传承各个方面角度来看，我们不应该用工业酒精，煤制的酒精去冲击我们那个传统的文化。从最早的实验室阶段到今天五十万吨的工厂生产，您觉得哪一个环节是最难的？从开始做这件事到第一个（年产）10万吨工厂投产，我们用了整整六年。六年的时间？六年，这在整个化工新过程发展过程中算是最快的。通常情况下，化工新过程发展要逐级放大，中间有一步是最关键的，还需要寿命。这个寿命指的是什么？寿命就是这个催化剂能用多久，比如说这个火柴划一下，转眼没火了，寿命很短，你要点燃一根木头那就很长，对不对？类似这样的意思。
寿命的实验也是一个关键指标，这是实用的最关键的其中之一了，活性高，寿命长，我们一开始寿命估计一开始连一百小时都做不到，到后来做到这个催化剂寿命一万多小时。一百倍的差距。一万多小时不但要做出来，还要实实在在地运行下去，我们还要做一个中试放大，一般几千吨级，我们把这个几千吨的放大省掉了。当然我们有严格的科学依据，直接上到十万吨，上到十万吨这个不是一个实验了，这就等于示范，示范是要有经济性的，这是全世界第一套，需要下决心了。另外中间不经过千吨级的敢不敢做，毕竟是新事，所以我最担心的这一步能不能完美地越过去。是，这是需要底气的。这个成本和经济效益，这个问题可能得李先生来回答了？对，一个可以工业化放大的一个项目，投资还是稍微大一些，我们延长石油作为一个百年的老企业，也是履行企业的社会责任。一定要把国家的能源安全和粮食安全作为首要责任，我们就感受到大连化物所的他们这些研究的定位的方向是很准，就是科研的发展是面向经济主战场，我们的使命相互契合，我们就是开展广泛的深度合作。最后证明基本上达到我们设想的目标。
一个科研成果要从实验室走向规模化生产，一般要经历实验室小试、中试和工业示范生产、规模化生产等几个步骤，往往需要花费十几年甚至几十年的时间，为了尽快将实验室成果落地转化，实现煤制酒精的工业化生产，中国科学家做了一个大胆的决定，跳过中试，直接进入规模化工业生产。风险和机遇总是相伴而行，2017年煤制酒精年产10万吨的工业示范项目试车成功，当年直接创造经济利润1亿元，这也为煤制酒精技术的更大规模的工业生产奠定了基础。5年之后的2022年，煤制酒精的工厂规模从每年10万吨顺利升级到了50万吨。这都五年过去了，我们有没有算笔账，这个划不划算。那现在的话可以说投资下来以后，收益率到16%、17%了，这个就是在化工领域相当高了，基本上是煤化工行业一般的利润率很难突破10%。这个生产过程环保吗？二氧化碳的这一块，通过现有的技术都是可以进行（利用的），一个是固化到产品中去，就是说咱们说的乙醇，它实际是有两个碳原子在里头，就是固定到产品中，这是可以提高碳的利用率，那就解决了。
第二个，二氧化碳把它收集起来作为资源化利用，这就是可以解决煤炭应用的一个绿色问题，在这一块儿我们做了一个探索。粮食做酒精当然更绿色了，我们也希望有这样的产业，很遗憾我们没那么多粮食，用不起，但从煤（来说）不应该跟粮食来比，煤和自己比，煤化工不可回避的是，要排放二氧化碳的。但对现在的煤制乙醇这个工厂来说，除了二氧化碳这件事之外，它的三废排放都得到了很好的处理。水的排放、污水的排放都能做到零排放，硫化物、氮化物那都可以超低排放，所以煤制乙醇也是一个低排放的过程。目前来讲，就我们煤炭来转化成酒精的这项技术还碰到了哪些瓶颈？技术已经没有瓶颈了，但是技术的发展无止境。所以说在实验室，我们在发展新一代催化剂，还要进一步提高它的效率，让单套装置处理的能力更大，它的投资成本会降。未来这项技术会有哪些空间可以进一步提高？不仅仅是用到煤炭变酒精了，生物质也能从这个路线做酒精了，所谓的生物质不是指粮食，是指秸秆之类的东西了。另外钢厂的焦炉气、高炉气、转炉气里边所含的有效成分和煤制气里边的有效成分是类似的，所以它也可以用到生产酒精了。
煤制乙醇这个过程本身，它每一步反应都出来一个新产品，比如说第一步反应它的产品是乙酸甲酯。乙酸甲酯本来就是个很好的化学品，它本来是一个香料，当然也可以有乙醇了，我们可以交换做成乙酸乙酯，它也是一个香料，所以中间它可以衍生出别的产业链来，这个产业链我相信会对我们国家含氧化合物一项会有大发展，会带来一个机遇。那未来这项技术会是我们国家生产酒精的一个主流方式吗？应该是会的，因为原有的技术，在没突破之前你从粮食化生产，毕竟来说粮食是有限的，煤咱们国家都是提到煤是储存量很大，煤制乙醇这个技术突破以后，意味着以乙醇为基础原料的衍生的这个产业链很广阔的，它会催生下游的产业的快速发展。刘院士您觉得他这么讲？是跟他的企业身份有关吗？他讲得相对客观，我觉得他还没讲够。我从我的感觉市场是要比他（讲的）大得多，一个产品又是基础化学品，又和能源产品连起来，所以从我的估计，结合国际上的现有的美国和巴西的生产能力，和我们国家的市场发展来看，我保守估计它也得有五千万吨的市场。
李先生到目前为止有没有算过一笔账，我们的经济效益如何？根据现有的市场的价格，现在我们投这个项目，（年产）五十万吨的投资就是不到七十个亿，利润将超过十个亿。到目前为止，乙醇这个技术，我们已经许可十几家的公司去生产，（年）产能是285万吨，其中还包括对中东国家实现了技术出口。这285万吨产能，假如说乙醇价格按五千来算，除个2就知道差不多接近140个亿了，实际上我估计，我们有信心在“十四五”期间，还会大幅度增加产能。虽然与每年1000多万吨的酒精需求缺口比起来，50万吨的产量显得微不足道，但这却是从0到1的重要突破，接下来从1到100的升级趋势将会势不可挡。我们计划几年以后，乙醇投产达到500万吨以上，当中国煤制酒精实现大规模生产，中国酒精的供需矛盾自然会迎刃而解，而与此同时，技术的先进性和生产成本的低廉也会让中国酒精具备国际市场的竞争优势。两位也给我们畅想一下，未来真的有一天，我们用煤炭变酒精这样的技术和生产规模不断地扩大、推广，给我们普通人会带来哪些生活上的改变？
整个东三省都是含10%的乙醇汽油，现在是10%，以后也可能是15%、20%，甚至极端情况下，我们有什么风险的时候，做到50%也行，巴西都做到80%了。为什么好多人说乙醇汽油它的燃油效率会比纯的汽油要低很多？它的热值比汽油低。所以车会没劲，是这意思吧？那不一定，因为汽车的劲跟汽车发动机的效率是有关系的。汽车发动机的燃烧的原理是要油燃烧，燃烧的氧有两种可能性来源，一个从空气里直接来了，另外一个我这个乙醇本来就含氧，它这个燃烧要比那个汽油要充分得多，它不会牺牲汽车的性能。我们国家之所以没有全面地来实施乙醇汽油，是因为我们酒精不够？没有酒精，用不起。另外，乙醇是从一氧化碳和氢来的，它可以倒着分解回去，那就可以制氢了，氢就是清洁能源，它可以发电，它又可以做燃料电池，另外它也是一个对冲高碳工业过程的一个有效载体，所以这个就是用处十分广泛，我感觉想象空间是巨大的。目前咱们国内的煤化工企业，就是说生产甲醇的企业相当多，但是这些企业受市场因素影响大量是亏损的，这意味着这些企业来说，对地方经济的贡献就是基本上是没有贡献，因为它是亏损企业。
通过煤制乙醇技术，咱们这个刚才介绍就是用这个路径本身是需要甲醇的。从甲醇做到乙醇，可以让这些企业直接脱困，这样的话可以有效地解决了这一大批企业的生存问题。救活了一批企业。另外畅想一下，它乙醇本来就可以做燃料电池，用乙醇做燃料直接发电，它的效率还挺高，另外它的污染也很低，所以它比燃油车，用燃烧内燃机那种方式去开汽车效率要高得多。另外既然能发电开车，它就能用发电干所有的事了，干别的事了，家里就可以供电了。就有很多想象的可能性？对，它能发电，它就发热，它就给家里供热烧开水这事儿可多了。当我们有一天实现酒精自由的时候，就可以想象空间就更大了。是的。感谢两位，也感谢您收看我们这一期的《透视新科技》节目！如果你想了解我们更多的节目内容，可以下载央视频收看我们过往的节目。好，今天的节目就到这儿了，我是胜春，咱们下期节目再见。
