▲袁祥飞 首都科技发展战略研究院 院长助理
陆祉营 首科绿汇（北京）科技发展有限公司 高级咨询顾问
孙阳 首科绿汇（北京）科技发展有限公司 咨询顾问
图｜由作者提供
本文以煤基产业作为样本来剖析研究中国循环经济发展问题，分析煤基产业作为典型的高二氧化碳排放产业，在“双碳”战略背景下发展循环经济面临新的挑战与机遇。
本文总结分析了“双碳”战略对煤基产业发展循环经济的新要求，提出了煤基产业发展低碳循环经济的新“4R”模式，即减量化 (Reduce)、再利用(Reuse)、再循环(Recycle)及碳移除（Remove）模式。并提出了实现煤基产业低碳循环经济的发展建议：推动新模式规划引领、推进产业链协同发展、加强绿色金融保障支持、提升技术创新核心驱动、加强智能化管理支撑。
引言
煤基产业是全球能源和化工领域的重要组成部分，也是我国能源领域的重要支柱。煤基产业是基于原煤开采与深加工所涉及的一系列具有相互联系的产业集合，包括煤炭开采、运输、煤电、煤化工等一系列环节。煤基产业发展过程中面临的化石能源消耗和环境污染问题一直是国际社会关注的焦点，其“高碳排”（指温室气体排放，全文同）的特点也饱受诟病。
循环经济是煤基产业实现环境与资源友好型发展的有力工具。循环经济是一种物质闭环流动性经济，遵循减量化(Reduce)、再利用(Reuse)、再循环(Recycle)的“3R”原则。
在循环经济模式中，资源的使用不再是传统的“资源—制造—废弃”模式，而是转变为“资源—产品—再生资源”循环再利用的闭环。在这个过程中，资源和产品在生产、消费和废弃各阶段都尽可能地被回收和再利用，从而使资源利用效率最大化并减少环境影响，将经济活动维持在生态环境可承受的范围之内。
煤基产业循环经济主要包括：物质闭路循环和能量梯级利用。前者主要指煤炭本身，副产品（矿井瓦斯、煤灰、煤渣等），废弃物（煤矸石、煤泥、硝类等），回收材料（冷却水、脱硫石膏等）等物质的循环利用；后者主要指产业链环节间热能、电能的转化和传 递，其中涉及的一次能源和余能资源都能按照品位逐级加以利用。
近年来，中国煤基产业循环经济发展取得了一些成绩，废物排放量逐渐降低。然而，在新时代“双碳”战略背景下，煤基产业作为固废与碳排“双高”的产业，其将面临更严格的环保要求。传统循环经济的模式主要关注物质与能量循环利用，对碳排放的关注仍然不足。本文提出，将碳减排纳入循环经济体系，助力煤基产业在“双碳”战略背景下构建循环经济低碳发展新模式。
一、煤基产业循环经济发展现状
（一）发展现状
当前，国内大多数煤基企业已经开展了许多循环经济实践，并且形成了一些典型模式。传统减量化模式强调“源头减量”，从源头减少原料和能源的投入使用，典型实践是煤炭的绿色开采、绿色运输以及高效利用等。
例如，神东煤炭集团在资源开采前期进行了大面积高标准治理以增强区域的抗开采扰动能力，在开采过程中创新井下开采技术，在开采后期构建持续稳定的区域生态系统以实现生态资源持续修复。准能集团推进露天矿大倾角轨道提升运输关键技术与装备研制系统项目，该项目能够大幅减少运煤卡车燃油消耗和轮胎消耗。申能安徽平山电厂二期工程建设了1台135万千瓦超超临界高低位布置二次再热燃煤发电机组，其设计的供电煤耗值为251克标煤/千瓦时，是世界容量最大、效率最高、供电煤耗最低的煤电机组。
传统再利用模式强调煤炭利用过程中产生的物质能够以初始形式被多次使用，而非直接废弃，主要途径包括煤矸石的井下充填和地面回填、矿井水的回收再利用、余热利用等。国神集团利用电厂粉煤灰回填煤矿，减少煤矿采空区塌陷；开发灰渣回填复垦和粉煤灰替代矿井采空区防灭火材料等技术，实现灰渣回收利用；推动严格处理后的矿井水回用于电厂和煤矿，实现水的综合利用；利用电厂直接向煤矿生产生活供应蒸汽，实现电厂低温余热经济利用。
煤基产业的传统再循环模式强调将废弃物再次变成可利用的资源以减少最终的废弃物处理量，主要途径包括粉煤灰、脱硫石膏和炉渣在建筑材料领域的综合利用等。
例如，塔山工业园区以建设塔山矿井为龙头，配套建设相应的选煤厂；利用选煤厂的煤泥和煤矸石为燃料，建设资源综合利用电厂；以电厂排出的粉煤灰和煤矸石等工业弃物为原料，建设砌体材料厂、水泥厂；利用采煤过程中采出的伴生高岭土（岩），建设高岭土（岩）锻烧厂，形成一条完备的循环经济工业链。
（二）存在问题
现有模式对碳减排关注仍然不够。煤基产业高碳化特征明显，是碳减排的核心领域。国际能源机构（IEA）近期发布的《世界能源展望2023》报告指出，中国的煤炭消费量在全球煤炭消费量中占比较高。
以2022年为例，中国的煤炭消耗量超过所有其他国家的总和，合计产生了86亿吨二氧化碳排放，约占中国总排放量的70%，占全球能源相关排放量的四分之一。传统的煤基循环经济产业主要考虑资源与能源的回收再利用，较少考虑二氧化碳等温室气体的减排效益。
现有模式对产业链协调不足。少数煤基产业园区得益于空间范围积聚并由同一主体运行，有动力与能力在空间范围内实现循环经济，但大部分煤基产业主体一致性不强，不同主体间利益诉求不一致，难以形成合力。国家近年来出台了促进煤基产业之间进行联营的政策，鼓励煤基企业从产业链视角出发，开展合作与整合，推动产业链一体化发展。
现有模式对新技术与新产业整合不够。在当前基础能源领域，储能、氢能、光伏、新材料等新技术不断涌现，相关战略新兴产业蓬勃发展。
而现有模式主要以煤基产业自有技术为主，对充分整合新技术、新产业与传统煤基产业产品、副产品与废弃物，进而开发新的产品、升级现有工艺流程等还处于探索阶段。
现有模式对金融吸引力不强。伴随全球应对气候变化共识不断深化，国内国际绿色转型力度不断加强，但煤基产业及相关循环经济模式的未来预期并不明朗。金融机构普遍对煤基产业相关项目持观望态度，多数国际金融机构不再支持煤炭项目。煤基产业转型过程中同样需要金融资本赋能，因此开发新模式迫在眉睫。
二、煤基产业循环经济“4R”新模式
“双碳”战略给循环经济带来新的发展机遇。循环经济有助于减少产品生产过程中的能源与资源消耗，从而减少总体碳排放。英国艾伦·麦克阿瑟基金会的研究表明：循环经济可以在2050年减少全球水泥、钢铁、塑料和铝等关键工业材料生产过程中40%的碳排放。
具体来看，通过前端绿色设计，可以在煤炭生产、运输、使用以及废弃物处置的整个生命周期中降低碳排放；通过工艺创新和系统优化，改进生产流程和工艺，利用高效的大型设备替代传统的中小型设备，减少生产过程碳排放。通过副产品循环利用，可以减少产品生产碳排放。随着国际贸易中的“碳关税”或者“碳边境调节机制”（CBAM）的设立、全国碳市场的建设、国家二氧化碳排放强度与总量双控措施的落实，发展循环经济的潜力与经济效益将日益凸显。
面临新的形势，煤基产业循环经济需将碳减排纳入煤基产业循环经济之中，在“3R”原则的基础上增加“碳移除”（Remove），形成“双碳”背景下循环经济的减量化、再利用、再循环、碳移除“4R”原则，并衍生出相应的发展模式。
（一）碳排放减量化发展模式
在循环经济减量化发展的基础上，通过提高能源和资源利用效率、采用低碳技术和优化生产过程，可以显著减少二氧化碳等温室气体排放，即打造煤基产业循环经济的碳排放减量化发展模式。目前来看，煤矿甲烷和混燃技术是比较典型的模式。
煤矿甲烷（矿井瓦斯）是重要的温室气体，对其进行收集与利用是煤基产业碳排放减量化模式的重要组成部分，在传统煤基产业循环经济的过程中，矿井瓦斯因难以被收集而被直接排放到大气中，造成环境污染、资源浪费以及碳排放等问题。通过采用现代化的甲烷收集提纯技术，可以有效收集矿井瓦斯，并用于发电、供暖等活动。
例如，淮南集团共建立10座瓦斯发电站，配套瓦斯发电机组89台，年利用瓦斯量约1.5亿立方米，发电量2.5亿千瓦时，相当于减排二氧化碳200多万吨。按现状碳交易价格50元/吨当量二氧化碳计算，可节约碳排放成本上亿元。
煤炭与低碳燃料的混燃技术是指在煤炭燃烧过程中添加氢气或氨，进而显著降低碳排放。氢气和氨是清洁能源，热值与燃烧效率较高，氢、氨与煤炭结合燃烧可以减少燃煤用量，从而降低碳排放。
此外，在混燃的过程中，氢与氨可以减少硫化物和氮氧化物等其他污染物的排放。当前，国家能源集团研发的燃煤锅炉混氨燃烧技术，在40兆瓦燃煤锅炉实现混氨燃烧热量比例达35%，并已实现工业应用。从成本角度看，电费成本合计约占合成氨成本60%，随着可再生能源价格的下降，叠加碳交易价格的上涨，绿氨项目将逐步具备经济性。
（二）碳排放再利用发展模式
通过创新性地利用二氧化碳等废气排放物，实现碳的有效循环利用和资源的最大化，即煤基产业循环经济的碳排放再利用发展模式。
煤基产业排放的二氧化碳可转化为干冰，用于医药、食品及冷链运输等行业的冷冻剂制作也可以应用于消防等多个场景，减少煤基产业碳排放，为煤基产业提供了新的产品及收入来源。例如，万盛煤化公司对煤化工产生的尾气进行提纯实现年产食品级干冰2万吨。按现状碳交易价格计算，可节约成本100万元，干冰销售按3.5元/公斤计，营收可达7千万元。
煤基产业二氧化碳可以用于水泥固化，显著提高固化速度与强度。二氧化碳注入混凝土后，会与其中的钙离子反应，形成更多人造石灰石，从而使水泥更加坚固。水泥产业的碳排放约占全球碳排放量的8%，将二氧化碳作为水泥养护剂，不仅利用了煤基产业废气中的二氧化碳，还提高了建筑材料的质量，减少了水泥生产过程中的二氧化碳排放。华新水泥将水泥窑尾气制品化，采用水泥窑尾烟气吸碳养护工艺，解决了资源消耗、能源消耗及二氧化碳排放的问题。每条年产1亿块蒸养砖的生产线，每年可回收利用2.6万吨二氧化碳。
（三）碳排放再循环发展模式
传统循环经济将煤基产业中产生的废弃物转化为新的有价值的产品，从而实现再循环；而碳排放再循环则将煤基产业产生的二氧化碳转化为新的有价值的产品，在减少碳排放的同时，还能生产出高附加值的化工产品。煤燃烧或加工过程中产生的二氧化碳可以与氢气反应，生产甲醇、乙醇等醇类化合物。
吉利汽车集团在安阳已经建设了利用焦炉气的副产氢气和工业尾气中的二氧化碳合成甲醇，进而用于甲醇驱动汽车项目。中国科学院利用可再生能源制造氢气并结合二氧化碳制造的“液态阳光”（绿色甲醇）项目目前已经进入到工业示范阶段。
此外，煤制醚、煤制烯烃、煤制合成氨也可以采用类似的工艺流程，以减少传统原料生产过程中的碳排放。以现有技术来看，二氧化碳加氢制甲醇工艺的成本主要取决于氢气。目前，煤制氢、天然气制氢、焦炉气副产氢等来源的氢气价格总体偏高，随着未来氢能产业不断发展，二氧化碳制甲醇将逐步有市场竞争力。
（四）碳排放碳移除发展模式
煤基产业可以将二氧化碳移除渗透到全产业链循环经济中，减少碳足迹，实现减少碳排放的目的。比较可行的路径是建立全产业链的MRV（监测、报告、核查）体系，采取具经济性的采集及封存等。基于MRV体系的企业碳排放管理制度是碳排放可信管控的基础。煤基产业链链上企业可以从全产业链的碳足迹管理体系建设入手，对煤炭的开采、加工到最终使用的各个环节的碳足迹进行全面监测、定期报告与核查，夯实全流程碳减排基础。
国网江苏电力在连云港试点建设江苏首个地市能源大数据（碳监测）中心，并上线运行“碳测”平台，该平台可对规模以上企业开展碳数据采集、监测、核算和分析，实现煤、电、油、气、新能源全链贯通、全链融合和全息响应，对地区规上企业进行碳排放科学评估和碳足迹追踪。
金桥丰益氯碱（连云港）有限公司依托平台的碳效分析报告，以余热回收利用、设备升级换代为抓手，每年可节约标煤1615吨，减少碳排放6233吨。
从经济效益来看，企业对碳排放源的锁定、检测以及其余环境指标的测算，有利于未来参与全国统一碳排放权交易市场，获取减排激励。
以工业碳捕集为代表的碳移除技术及产业也是有潜力的方向。利用吸附或者吸收等不同技术，煤基产业可以从生产过程产生的烟气中捕集二氧化碳。煤矿采空区可以用于二氧化碳的地底封存，将液态或超临界状态的二氧化碳注入已废 弃的煤矿田中，减少大气中的二氧化碳浓度。煤炭开采区可以实施生态修复和植被恢复，种植快速生长的树木，吸收大气中的二氧化碳，实施生物固碳。（未完，完整内容，请订阅杂志。）图片
文献来源：袁祥飞、陆祉营、孙阳.“双碳”战略背景下循环经济发展的新模式——以煤基产业为例[J].科技与金融,2023(12):12-16.
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