《煤炭学报》（2021—2024年） “碳中和科学与工程”相关论文

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《煤炭学报》（2021—2024年） “碳中和科学与工程”相关论文

来源：煤炭学报

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行业视野: 碳中和
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碳中和目标下煤炭行业发展机遇

作者(Author)：谢和平, 任世华, 谢亚辰, 焦小淼

摘要：碳达峰碳中和目标已上升为国家战略，相关路线图、时间表和政策措施正在制订和落地实施，将推进经济社会广泛而深刻的系统性变革。基于我国资源禀赋特征和现阶段经济社会发展实际，短期内仍离不开煤炭。科学研判碳达峰碳中和目标下我国能源消费结构和煤炭消费演变趋势，采取正确的应对措施，是实现碳达峰碳中和、能源安全稳定供应双重目标的客观要求。分析了美国碳达峰前后现代化进程、能源消费、碳排放强度等基本特征和变化规律，提出我国能源优化发展的三大路径，即持续提高能源效率，减少能源消费；大力发展新能源，优化电力结构；大力发展CO2能源化资源化新技术，推进CO2再利用；增强能源自给能力，保障能源安全。研判了我国能源消费格局演变趋势及不同时段煤炭消费规模，即我国能源消费格局演变分为煤炭由基础能源（2021—2030年）—保障能源（2031—2050年）—支撑能源（2051—2060年）、新能源对应由补充能源—替代能源—主体能源的3个阶段，新能源在能源消费结构中的占比分别为15%~29%,30%~49%,50%~80%。即使全面实现了碳中和，仍需要煤炭作为电力调峰、碳质还原剂和保障能源安全的兜底能源（15亿~12亿t/a）。阐述了碳中和目标下，我国煤炭行业将迎来的三大机遇，即实现煤炭高质量发展的机遇、煤炭升级高技术产业的机遇、煤炭抢占新能源主阵地的机遇。

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煤炭学报

2021年第07期

2861

2574
碳中和愿景下煤炭行业发展的危机与应对

作者(Author)：陈浮, 于昊辰, 卞正富, 尹登玉

摘要：碳中和愿景擘画了国家碳减排与气候治理的宏伟蓝图，但中国经济结构和能源结构决定了该目标实现的艰难。当前煤炭仍是我国能源安全的基石，并将在未来很长时间内一直发挥着巨大作用。如何绿色开采、科学用煤是国家2030年碳达峰与2060年碳中和愿景实现的关键。为此，从“脱碳”与“去煤”非对等关系着手，引入全生命周期视角厘清煤炭行业与下游产业间的减排责任。依据6个不同机构设置的10种情景，选取重要参数，预测未来30 a中国的煤炭需求。审视煤炭行业发展与碳中和愿景之间差距，制定符合国情的从碳达峰—碳中和愿景实现不同阶段的发展路线图。研究表明:① 盲目“去煤”不符合国情，但煤炭行业要正视国家战略需求与行业发展目标之间的偏差，厘清行业责任以及切合实际义务的减排边界，明确煤电、煤化工等下游利用产生的碳排放不应归于煤炭行业。② 不同情景下煤炭需求存在巨大差异，大致分为维系现状、适度减少和净零愿景3个区间。所有预测煤炭占一次能源份额均趋于衰减，煤炭行业发展空间大大减少。2030—2050年既是行业存亡的关键期，也是技术变革的活跃期。③ 当前煤炭行业发展、规划以及战略导向与碳中和愿景目标仍存在很大的差距，包括标准规范、监管要求、治理能力、技术研发、激励机制等诸多方面。煤炭行业未来的发展空间最终取决于自身能否实现原位利用、近零排放，以及碳捕获、利用与封存(CCUS)技术能否应用与推广。因此，未来应科学评估煤炭全生命周期的碳足迹，树立“能源命运共同体”理念，推动低碳防污协同治理。将煤炭行业实现碳中和愿景划分为起步期(2020—2030年)、攻关期(2030—2050年)、巩固期(2050—2060年)3个阶段，不同阶段应付诸行之有效的技术路径，兼顾节能减排与开源增汇的双重策略，确保煤炭行业在新形势下健康、平稳、绿色、有序发展。

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煤炭学报

2021年第06期

3297

2414
双碳背景下煤炭安全区间与绿色低碳技术路径

作者(Author)：刘峰, 郭林峰, 赵路正

摘要：煤炭是我国的主体能源和重要原料，为中华民族伟大复兴做出了不可磨灭的历史贡献，在今后较长时期内，特别是推动我国能源转型发展中还将发挥不可或缺的兜底保障作用。作为“双碳”目标的主战场，能源产业的减碳、降碳是我国“双碳”工作的重点方向。由于我国以煤为主的能源禀赋现状，在保障能源安全的基础上，降低煤炭消费总量及其消费过程中的碳排放强度是实现“双碳”目标的必然选择。当前，“双碳”目标已对煤炭行业整体技术布局和攻关方向提出了全新的要求，煤炭行业比过去任何时候都更加需要科技创新，需要用系统思维谋划、从多个方面统筹未来煤炭科技发展路径，全面推动能源安全新战略向纵深发展。以科学定“量”、绿色提“质”、创新领“路”为纲，探索推进煤炭消费转型升级的技术路径。阐述了开展煤炭安全区间研究的现实紧迫性，分析安全区间上下限影响因素，提出煤炭安全区间需要研究的科学命题；结合世界主要煤炭生产消费国家的绿色低碳科技发展布局和国内低碳科技发展动态，总结了新中国成立以来煤炭绿色低碳科技发展历程，阐述了煤炭工业开拓前进、发展改革、洁净煤技术框架建立、煤炭清洁高效利用、煤炭高质量发展等5个阶段推动绿色低碳发展取得的理论、技术和工业应用等方面的进展，提出了双碳背景下我国煤炭科技创新发展存在的短板与科技攻关需求；围绕技术升级、低碳融合、颠覆突破、负碳固碳等4种类型，提出了智能绿色开采、清洁低碳利用、煤矿瓦斯抽采利用、矿区生态修复+碳汇、矿井空间开发利用、绿氢（电）与煤炭转化融合、煤与生物质/废弃物协同利用、地热资源利用、井下流态化开采与转化一体化、煤基高能燃料合成、先进煤基碳素材料制备、深部原位CO2与CH4制氢、煤矿采空区/残采区/关闭矿井封存CO2、CO2驱油驱气、CO2电化学催化转化捕集、CO2矿化利用等绿色低碳科技创新攻关方向，为新形势下煤炭绿色低碳转型发展相关科技政策的制定提供决策参考，对引导煤炭行业顺应能源革命新形势、满足行业高质量发展新要求、抓住世界经济和能源格局调整新机遇具有重要意义。

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煤炭学报

2022年第01期

1988

2417
“双碳”目标下煤炭开采扰动空间CO2地下封存途径与技术难题探索

作者(Author)：王双明, 申艳军, 孙强, 刘浪, 师庆民, 朱梦博, 张波, 崔世东

摘要：煤炭作为我国主体能源地位短期内难以改变，但煤炭工业发展面临着“碳达峰，碳中和”目标的新挑战，积极推动煤炭资源绿色开采与低碳利用，充分发挥煤炭安全供给的兜底作用，是保障国家能源安全的重大现实需求。而CO2排放是煤炭工业可持续发展面临的最大制约，探索大规模、低成本CO2封存技术是煤炭资源低碳化利用必须面对及破解的难题。在对煤层自然封存CO2和CO2气藏赋存地质条件研究基础上，探讨和展望利用煤炭开采、地下气化及原位热解等形成的扰动空间进行CO2地下封存的技术途径，并明确了实现CO2地下高效封存的必备条件：① 煤层上部存在不受开采扰动影响的地质密闭层是实现煤矿扰动空间CO2封存的先决要求；② 构建功能性充填空间是实现CO2地下封存的核心工作；③ 由功能性充填体围限的碎裂岩体、气化煤灰及热解半焦等封存载体物性特征是影响CO2封存量及封存效果的重要因素。据此，剖析了进行CO2地下封存亟待解决的技术难题：① 实现CO2地下封存的地质条件及评价方法；② 构建CO2封存空间的材料与工程技术；③ 煤炭开采、气化及热解扰动范围探测与CO2封存潜力评价；④ CO2充注与封存效果监测及评估。在此基础上，针对煤炭开采、地下气化及原位热解过程中形成的扰动空间特点，分别提出了煤层采空区碎裂岩体、煤地下气化灰渣及碎裂岩体、煤原位热解半焦进行CO2地下封存的实现途径。

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煤炭学报

2022年第01期

1853

2855
碳中和目标背景下矿山生态修复的路径选择

作者(Author)：卞正富, 于昊辰, 韩晓彤

摘要：针对“双碳目标”背景，对矿山生态修复的内涵做出了新的阐释。新形势下，矿山生态修复的目标至少包括实现修复后生态系统的自我维持能力、正向演替达到新的生态平衡和区域社会经济可持续发展。实现目标的基本手段是以自我恢复为主，与适度人工干预相结合。从碳中和目标的实现路径出发，较为系统地分析了碳中和引发的社会经济与生态格局变化和结果，认为双碳目标必将加速后矿业时代到来，而生态修复是后矿业时代最为重要的任务之一。后矿业时代具有长久性、艰巨性和复杂性等特征。土地整治、环境治理、产业转型、社会转型、景观重建等是生态修复通常采用的人工引导措施，这些举措对碳中和目标的实现发挥着不同的作用。实现碳中和目标需要从能源替代、产业替代与升级、生态服务功能提升等方面延伸矿山生态修复措施，进一步分析了矿山生态修复在实现碳中和目标过程中发挥的能源替代、节能减排和固碳增汇3方面的作用和贡献，按贡献大小排序：能源替代>节能减排>固碳增汇。提出了碳中和目标背景下矿山生态修复的新路径，包括：① 更新标准规范，适应碳中和目标的需求，构建“1+N”标准与规范体系，提高规范与标准的针对性和适用性；② 改革管理机制，探索矿业临时用地政策，明晰地下空间产权，推进生态修复市场化机制，实现多措并举协同推进生态修复；③ 创新技术体系，开展分类施策、分区管控、分级治理、分步推进，推动生态修复全过程深度减排与长效生态增汇。

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煤炭学报

2022年第01期

2001

1590
碳中和目标下煤矿甲烷减排趋势模型及关键技术

作者(Author)：刘文革, 徐鑫, 韩甲业, 王勃, 李志, 严媛

摘要：“双碳”目标的提出，要求我国在强化CO2排放控制的同时加强对甲烷等非CO2温室气体的控排。在研究我国煤矿甲烷排放来源及构成的基础上，采用基于矿井实测法T3方法分析测算我国煤矿甲烷的历史排放趋势，辨识煤矿甲烷排放的影响因素，建立煤矿甲烷排放主因素分析模型(MFAME)，并按照基准、发展、新政策3种情景预测到2060年的煤矿甲烷排放量，提出甲烷减排的总体路径和减排关键技术。研究表明：煤矿地下开采过程中的甲烷排放是我国煤矿甲烷最主要的排放来源，露天开采过程中的甲烷排放和废弃煤矿的甲烷排放量呈现上升趋势。我国煤矿甲烷排放总量仍然较大，基于T3方法测算的煤矿瓦斯统计排放量峰值为591.6万t。碳中和目标下煤炭消费需求侧的加速减少会导致煤炭产量快速下降、煤矿数量减少以及煤炭供应生产结构的进一步调整，高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井等灾害严重矿井比例逐渐减少。预计不同情景下，到2060年，我国煤矿甲烷的排放量为365万～542万t。未来需加强煤矿地下开采、矿后活动及废弃煤矿瓦斯排放等重点排放环节的管控，按照“技术-经济-政策”协同发展路径，深入推动低浓度瓦斯高效提浓技术、超低浓度通风瓦斯催化氧化销毁和余热利用技术等瓦斯利用关键技术的研发，建立废弃煤矿瓦斯逸散监测及治理利用技术体系，提高煤矿瓦斯综合利用量和利用率。

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煤炭学报

2022年第01期

1386

1144
基于功能性充填的CO2储库构筑与封存方法探索

作者(Author)：刘浪, 王双明, 朱梦博, 张波, 侯东壮, 郇超, 赵玉娇, 张小艳, 王雪丽, 王美

摘要：“30·60双碳”目标是事关人类命运共同体的重大战略决策，也是推进煤炭行业转型升级与高质量发展的风向标。煤炭作为高碳化石能源的提供者，在生产和消费过程中带来的大宗固废堆存、大型采空区形成和高碳排放等问题，是制约煤炭可持续开发利用与绿色健康发展的关键所在。秉持“变害为利”、“从哪来到哪去”原则，寻求资源高效回收、固废规模化处置、采空区再利用与CO2封存的有机结合点，提出基于功能性充填的CO2储库构筑与封存方法学术构想，探索“功能性充填材料制备→功能性充填与CO2封存储库构筑→CO2物理与化学协同封存→CO2封存安全及环境风险评价”的CO2封存新途径。具体开展工作包括：① 创新了镁渣源头改性技术，研发了新型改性镁渣基矿用胶凝材料和CO2封存用功能性充填材料；② 提出了短-长壁充填无煤柱开采方法，初步构筑满足稳定性要求的CO2封存空间；结合功能性充填理论与技术，进一步构筑满足密封性要求的CO2封存储库，阐述了储库的结构及参数、工作原理；③ 提出了CO2储库封存物理-化学协同技术途径，根据开采深度不同物理封存技术途径分为浅-中深部低压CO2储库封存和深部超临界CO2储层封存，揭示了碱性固废CO2化学封存机制；④ 梳理了功能性充填的CO2封存安全及环境风险评价指标体系，给出了CO2封存安全性能及环境性能的评价方法。矿山功能性充填的CO2封存技术的提出，为CO2封存提供了新思路。基于封存材料、封存储库、封存机理与封存评价，形成了利用固废充填技术实现矿山CO2封存的理论与技术构想。

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煤炭学报

2022年第03期

1294

1273
双碳目标下煤气同采技术体系构想及内涵

作者(Author)：李树刚, 张静非, 尚建选, 林海飞, 王苏健, 丁洋, 侯恩科, 赵泓超

摘要：[双碳"的确定对煤气同采发展理念提出了绿色低碳的新要求.立足我国以煤为主的能源禀赋特点.针对煤矿CH4-CO2双重碳减排技术难题.通过探究煤矿瓦斯高效精准抽采.煤矿瓦斯全浓度梯级利用及煤层CO2捕获-封存-利用等关键技术问题.提出了以煤矿CH4-CO2近零碳排放为核心的全生命周期煤气同采技术体系构想.从低碳融合技术与负碳技术两方面阐述了该构想体系.并简化分析了相应的碳源汇机制.煤矿瓦斯高效精准抽采涵盖瓦斯含量精准原位测定.瓦斯涌出量精准预测.瓦斯高效抽采区域精准辨识.瓦斯抽采精准施工设计.瓦斯抽采精准增透及瓦斯抽采精准调控,在瓦斯全浓度梯级利用方面.提出了高浓度瓦斯直接利用.乏风瓦斯及低浓度瓦斯提浓增效技术为主的阶梯式综合利用体系,煤层CO2封存作为典型负碳排放技术已处于商业运行阶段.笔者及其团队则聚焦煤矿CH4-CO2近零碳排放核心.提出了CO2煤矿采空区吸储与植被固碳理念.最后阐述了双碳目标下煤气同采技术体系的发展方向:①[地质透明化-抽采智慧化"与瓦斯精准抽采深度融合技术,②瓦斯富集-提浓-利用一体化技术及装备,③[CCUS+生态碳汇"全域负碳排放技术,④煤气同采全生命周期CH4-CO2动态监测及管控技术体系.通过该构想的逐步实施.为我国煤炭行业碳中和目标实现提供新的发展思路.

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煤炭学报

2022年第04期

1355

1836