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蓝天离我们并不遥远——中国和德国煤炭工业对比
字号:[    ] 发布时间:2017-10-27 来源:凤凰商业

今年夏天,美丽科学作为协办方,参与了由全球特种化工企业赢创工业集团和凤凰网主办的“发现化学之美”摄影大赛活动。十一长假之后,我和大赛获奖者杨智浩、凤凰新闻客户端的主笔唐驳虎老师一同来到位于德国埃森市的赢创总部,近距离感受这家具有悠久历史的化工公司的企业文化,并深入了解赢创创新中心Creavis如何为这家企业在全球化时代源源不断地注入创新活力。此外,我们也参观了关税同盟煤矿遗址(该煤矿也与赢创的历史相关),参观经历让我有很多感悟,也激发了我的好奇心。于是在查阅了很多资料后,写下这篇总结文章和大家分享。

本次“发现化学之美”摄影大赛的获奖者杨智浩和他的作品

关税同盟煤矿的昨天和今天

关税同盟煤矿遗址是少数必须在专业讲解员引导下参观的博物馆之一。走进这个遗址仿佛回到了过去。这是一种非常真实的体验,遗址与过去不同的只是机器并没有运转,没有让人窒息的灰尘,也看不到工作的矿工而已。

关税同盟矿井遗址,之前黑烟笼罩的矿井已经被绿色环绕

关税同盟1号矿井在1847年开始运行。1932年,关税同盟最后一个矿井——目前遗址的标志性建筑12号矿井——建成,并一直运转到1986年。根据讲解员介绍,几十年前的德国,每天有几千名矿工和几千匹马在地下工作,平均每天都会有矿工受伤,每周会有一名矿工丧命,而在地下服役的马只有在生命最后的短暂时光才能被运到地面,享受一下阳光。矿车从煤矿被运送到地面后,会聚集在一个工作间卸下煤,然后返回矿井。这个工作间的噪声极大,以至于在里面工作的人最后都会变成聋子。

讲解员正在展示当时矿井机械师修理机器的工具

煤炭运送到地面后,进过清洗、自动分拣,一部分煤被运到炼焦场,得到用于化工生产的原料和用于炼钢的焦炭。长期高强度的采矿和炼焦对矿工的健康和周围的环境产生了巨大的负面影响:矿工的平均寿命只有45岁,而当时煤矿所在的鲁尔区大部分时候都是被黑烟笼罩。50年前,生活在矿井附近的人如果要在室外晾衣服,他们必须得看风向;因为如果风把矿井的黑烟吹过来,衣服会变成黑色。

遗址展示的矿工照片

在12号矿井关闭的31年后,关税同盟煤矿发生了翻天覆地的变化。2001年关税同盟煤矿遗址被联合国教科文组织指定为世界遗产。2017年,关税同盟煤矿所在的埃森市获得“欧洲绿色首都奖”(European Green Capital Award)。1961年前德国总理维利•勃兰特(Willy Brandt)向污染宣战,要把蓝天还给鲁尔区。如今,当时的人们很难相信的口号已成为了事实。而当时最多时候有8000名矿工在地下工作的关税同盟煤矿,经过雷姆•库哈斯(Rem Koolhaas,设计央视大厦的建筑师)等国际一流建筑师的改造,已经成为每年吸引150万游客的欧洲文化和艺术中心。

12号矿井

之前提过赢创工业集团与关税同盟煤矿遗址有关。关税同盟煤矿之前归属于德国最大的煤矿集团RAG。2007年RAG将化工等产业分离出来,成立了赢创工业集团,而赢创的一部分利润将解决煤矿关闭后矿工的安置和采煤带来的永久性环境问题:虽然所有煤矿将在2018年后关闭,但鲁尔工业区有13个水泵站必须常年不间断工作,否则地下水将会涌入煤矿,将煤矿上方的城市淹没。目前煤矿的永久性环境问题仍然是困扰全世界的难题,德国的工业界和学术界正在寻找更经济、更有效的解决方案。

德国鲁尔区正在工作的13个水泵站(白点)

图片来源Matthias Müller,Proceedings IMWA 2016, Freiberg/Germany

煤和德国的未来能源战略(Energiewende)

煤炭是一种化石能源,和其他化石能源相比,煤炭的价格最低,但却最不环保。如果产生等量的能量,煤炭生产的二氧化碳是天然气的两倍。而且因为煤炭中的成分复杂,燃烧会产生二氧化硫、氮氧化合物、粉尘和重金属等多种污染。

煤炭工业在德国二战后的快速发展中扮演了重要角色,同时也造成了之前提到的环境问题。2015年煤炭仍占德国能源总量的44%左右。到2018年底,目前德国正在运转的最后两个煤矿将被关闭。除了环境因素,关闭煤矿的另外一个原因是现有煤矿的开采成本已经高于进口煤矿的价格。在德国关闭煤矿后,煤炭的来源主要将依靠进口,但问题是如何减少煤炭在总能源中的占比?一个答案是可再生能源。

2010年德国立法部门通过了Energiewende(能源转型)计划,在40年内从化石能源逐渐过渡到可再生能源。根据该计划,到2020年德国的温室气体排放将比1990年减少40%, 而到2050年温室气体排放将比1990年减少80%–95%。这是一个非常有挑战性的计划,而且目前还没有任何一个国家提出了可以与Energiewende相比的计划。对德国政客来说,Energiewende类似于美国的阿波罗登月计划。但和登月计划相比,Energiewende需要几十年的时间,而且可能需要每一个德国人的参与。不管这个计划能否最终成功,德国将为其他国家在可持续能源和治理全球气候变化方面提供非常宝贵的经验。如果说关税同盟煤矿遗址是德国人创造的一个转型奇迹,那么也许他们的Energiewende计划也可以成为人类的第二个奇迹。

在可再生能源的创新方面,赢创发明的模块化热电装换装置(HighTEG)很有新意。如果这项技术可以得到大规模应用,那么在很多能量转换过程中产生的废热都可以得到利用,提高能源转化的总体效率。这项技术也获得了2016年德国可再生能源大奖。

赢创发明的HighTEG热电转化技术荣获2016年德国可再生能源奖

煤和中国能源的未来

我国煤的产量和用量都在全世界排名第一。2016年,煤炭占我国能源总量的62%。和西方工业革命类似,煤炭在我国过去三十年的快速发展中发挥了重要作用。但由于煤的大量使用,最近几年也出现了大家熟悉和关心的雾霾等环境问题。世界上用煤第二大国是美国,但是煤在美国能源的占比要远小于中国,其中一个主要原因是美国拥有廉价的天然气资源。而对中国,更为清洁的天然气的成本要远高于煤,美国的方案并不适合我们。

减少煤的使用,提高空气质量仍然是我们要解决的问题,但中国已经在这方面取得了一些喜人的成果:

1.煤在我国总能源中的占比在逐年减少。1980年煤在总能源中的占比为75%,而这个数据在2015和2016年分别是64%和62%。随着我们对环境保护越来越重视,这个数据会继续下降。

2.我国新型燃煤发电站的能量转化效率和排放标准都是世界领先的。2017年5月,美国进步中心(Center for American Progress)发表了关于我国煤炭使用的报告。报告中对比了我国和美国的最高效的100个燃煤发电站,发现我国的发电站在发电效率和用煤量方面都领先于美国。另外,在我国低效率、高污染的陈旧的发电站正在被高效率、更清洁的新型发电站取代。


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