近年來，中國(guó)東部城市霧霾污染日益惡化，老百姓要求改善環(huán)境和保護(hù)健康的呼聲日益高漲。在2013 年，中國(guó)政府以治理東部城市霧霾為理由，大幅放行煤制天然氣項(xiàng)目的審批，并公開鼓勵(lì)煤制天然氣的投資。

然而，煤制合成天然氣在全世界范圍內(nèi)都是一種使用經(jīng)驗(yàn)極少、成熟度低的技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用過程中會(huì)對(duì)環(huán)境造成重大影響，比如水資源消耗、二氧化碳排放、三廢污染和煤炭上游開采破壞等。慶華和大唐的兩個(gè)“示范項(xiàng)目”甚至在投產(chǎn)數(shù)月之內(nèi)就因嚴(yán)重故障而被迫停工檢修，而且大唐還發(fā)生了傷亡事故。

中國(guó)煤制氣的支持者在宣傳該技術(shù)時(shí)，往往以美國(guó)大平原項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)為例。然而，中國(guó)的媒體與產(chǎn)業(yè)界對(duì)于美國(guó)發(fā)展大平原煤制天然氣項(xiàng)目的歷史經(jīng)驗(yàn)存在諸多誤解。我們希望通過詳細(xì)回顧該項(xiàng)目的發(fā)展歷程，以及美國(guó)發(fā)展煤制氣的政策歷史，來為當(dāng)下中國(guó)煤制氣的監(jiān)管提供有力的借鑒。

世界煤制油氣的技術(shù)最早起源于德國(guó)。早在20 世紀(jì)30 年代，德國(guó)就開發(fā)了魯奇(Lurgi)煤炭氣化工藝。由于德國(guó)缺乏油氣資源，希特勒為了發(fā)動(dòng)侵略戰(zhàn)爭(zhēng)，不惜代價(jià)全力支持大規(guī)模生產(chǎn)煤制油，以滿足納粹德國(guó)機(jī)械化部隊(duì)的燃料需求。在侵華戰(zhàn)爭(zhēng)期間，日本也在其本土及其占領(lǐng)的中國(guó)東北地區(qū)研究煤制油氣的工藝。雖然實(shí)驗(yàn)室的研究取得了一些成果，但是在規(guī)?；慨a(chǎn)方面均以失敗收?qǐng)觥?/p>

西方國(guó)家煤制油氣的研發(fā)，大多是歸到合成燃料(synthetic fuels)項(xiàng)目下，合成燃料的研發(fā)以煤制油氣為主要內(nèi)容，也包含了頁(yè)巖油的提煉。世界上(中國(guó)以外)到目前為止規(guī)?；a(chǎn)煤制油氣的案例只有三個(gè)，一是納粹德國(guó)的煤制油，二是南非的煤制油，三是美國(guó)的大平原煤制氣。煤制油與煤制氣的技術(shù)有很多相關(guān)的地方，不容易分開來談。南非的煤制油技術(shù)是沿襲納粹德國(guó)的煤制油技術(shù)發(fā)展而來，美國(guó)大平原煤制氣的魯奇氣化爐則是由南非引進(jìn)。因此這三個(gè)項(xiàng)目可以說是一脈相承。

南非的煤制油發(fā)展歷程

早在第二次世界大戰(zhàn)之前，南非安格羅瓦爾(Anglovaal)公司就試圖從德國(guó)魯爾化學(xué)(Ruhrchemie)公司引進(jìn)煤制油技術(shù)，并與德國(guó)魯奇(Lurgi)公司簽訂了技術(shù)授權(quán)協(xié)議。但是實(shí)際的技術(shù)引進(jìn)工作隨二戰(zhàn)爆發(fā)而暫停。二戰(zhàn)結(jié)束后，德國(guó)魯爾化學(xué)公司的煤制油技術(shù)專利大多被英美等國(guó)掠奪或沒收，安格羅瓦爾公司因此轉(zhuǎn)向南非政府尋求援助。

在安格羅瓦爾公司的鼓吹推動(dòng)下，南非政府于1947年立法推動(dòng)煤制油的發(fā)展。1950

年9 月，南非政府決定成立國(guó)營(yíng)的沙索(Sasol)公司進(jìn)行煤制油的開發(fā)工作，自此南非的煤制油研發(fā)轉(zhuǎn)向完全由政府主導(dǎo)。

沙索公司同時(shí)從美國(guó)與德國(guó)引進(jìn)了煤制油技術(shù)，他們選定了德國(guó)戰(zhàn)后由魯爾化學(xué)公司與魯奇公司合作研發(fā)的Arge固定床(fixed bed)氣化爐工藝，并同時(shí)從美國(guó)凱洛格(Kellogg)公司引進(jìn)其流化床(fluidized bed)氣化爐技術(shù)。南非專家經(jīng)評(píng)估認(rèn)為德國(guó)的技術(shù)經(jīng)過充分的量產(chǎn)驗(yàn)證，比較值得信服，而美國(guó)的技術(shù)雖然在實(shí)驗(yàn)室中顯現(xiàn)出較優(yōu)越的性能，但是缺乏實(shí)際量產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)。可以說，兩種技術(shù)路線各有利弊。

沙索公司引進(jìn)凱洛格公司的氣化爐后，在進(jìn)行實(shí)際操作時(shí)遇到了許多技術(shù)上的問題，氣化爐溫度難以控制，容易過熱，催化劑易受污染毒化而失效。這些問題經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)仍無法解決，凱洛格公司最終不得不退還沙索公司支付的技術(shù)轉(zhuǎn)讓金。在凱洛格公司退出后，沙索公司并未放棄這項(xiàng)未引進(jìn)成功的流化床技術(shù)，而是繼續(xù)研究改進(jìn)，并在此基礎(chǔ)上逐步開發(fā)出了自有產(chǎn)權(quán)的Synthol工藝。沙索一號(hào)煤制油廠于1955 年開始生產(chǎn)，同時(shí)采用魯奇工藝與Synthol

工藝。生產(chǎn)初期大小問題不斷，但是南非政府不計(jì)虧損堅(jiān)定支持。沙索一號(hào)廠不斷累積經(jīng)驗(yàn)，研究改進(jìn)的歷程長(zhǎng)達(dá)二十年，直到1976 年，沙索公司才累積了足夠的經(jīng)驗(yàn)與信心，決定開始興建沙索二號(hào)廠。

同樣地，沙索公司也是在二號(hào)廠運(yùn)轉(zhuǎn)多年后的1982 年才興建三號(hào)廠。長(zhǎng)期謹(jǐn)慎的研發(fā)改進(jìn)而不貿(mào)然投資，再加上南非政府的強(qiáng)力支持，是沙索公司成功的重要原因。此外，南非是發(fā)展中國(guó)家，對(duì)環(huán)保的要求不如歐美嚴(yán)格，高污染的煤制油產(chǎn)業(yè)比較容易為社會(huì)所接受。

南非政府對(duì)煤制油強(qiáng)有力的支持有其特殊的歷史背景，當(dāng)時(shí)的南非政府因?qū)嵭蟹N族隔離政策而遭受許多國(guó)家的貿(mào)易制裁，因此在國(guó)際市場(chǎng)上買原油(97.80, -0.28, -0.29%)十分困難。但是缺乏石油的南非，其煤炭資源卻非常豐富，這就使得南非政府大力支持煤制油，發(fā)展出了在全世界獨(dú)樹一幟的煤制油產(chǎn)業(yè)。

南非政府不但長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年不計(jì)成本地堅(jiān)定支持沙索公司發(fā)展煤制油，還直接進(jìn)行市場(chǎng)干預(yù)以保障煤制油的銷售。南非政府與所有的南非石油公司都達(dá)成了協(xié)議，這些公司必須關(guān)閉其部分的煉油產(chǎn)能，轉(zhuǎn)而買下沙索公司產(chǎn)量的91%來供應(yīng)南非的石油市場(chǎng)。

在20 世紀(jì)70 年代，南非政府除了以汽油稅的收入補(bǔ)貼沙索公司的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用外，還對(duì)煤制油的價(jià)格進(jìn)行了補(bǔ)貼。在當(dāng)時(shí)南非的政治與經(jīng)濟(jì)體制下，政府嚴(yán)格控制所有的石油產(chǎn)業(yè)，因此煤制油即便沒有商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力也能生存。

美國(guó)的煤制油氣研發(fā)歷程

二戰(zhàn)勝利后美國(guó)開始對(duì)煤制油氣進(jìn)行小規(guī)模的研發(fā)。1944 年到1952 年間， 在美國(guó)內(nèi)政部礦業(yè)局(Bureau of Mines,Department of Interior)的主導(dǎo)下，美國(guó)政府開展了一系列的煤制油氣的研發(fā)與示范項(xiàng)目。

此期間美國(guó)煤制油氣的研發(fā)歷程，可以說是一部政府內(nèi)部部門利益的斗爭(zhēng)史。礦業(yè)局代表煤炭業(yè)的利益，為了爭(zhēng)取更多的預(yù)算，壓低煤制油成本的估算，宣稱煤制汽油的成本已經(jīng)低于當(dāng)時(shí)汽油的批發(fā)價(jià)。國(guó)家石油委員會(huì)(National Petroleum Council)則代表石油業(yè)的利益，因而評(píng)估出煤制油不具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，認(rèn)為煤制油氣的研發(fā)是在浪費(fèi)預(yù)算。同樣是1951 年的評(píng)估，礦業(yè)局估算的煤制汽油每加侖成本為11美分，國(guó)家石油委員會(huì)則估算為41美分(當(dāng)時(shí)美國(guó)汽油批發(fā)價(jià)每加侖約12美分)。

1953 年美國(guó)總統(tǒng)艾森豪威爾就職后，采取較為保守的財(cái)政政策，由于煤制油氣的經(jīng)濟(jì)可行性飽受爭(zhēng)議，美國(guó)政府全面停止了煤制油氣的研發(fā)。

從20 世紀(jì)50 年代到70 年代初，國(guó)際原油的實(shí)際價(jià)格(通貨膨脹調(diào)整后)大致保持了長(zhǎng)期穩(wěn)定下跌的趨勢(shì)，許多原本使用煤炭的產(chǎn)業(yè)逐漸改用石油，這造成了煤炭業(yè)的蕭條，許多產(chǎn)煤州的國(guó)會(huì)議員在美國(guó)國(guó)會(huì)不斷推動(dòng)各項(xiàng)振興煤炭產(chǎn)業(yè)的方案。于是，美國(guó)內(nèi)政部礦業(yè)局于1960 年成立了煤炭研究辦公室(Officeof Coal Research)，進(jìn)行煤炭轉(zhuǎn)化(煤化工)的相關(guān)研究。此期間的煤制油氣研究充滿了政治分肥(pork-barrel politics)ii 的特色。

各個(gè)產(chǎn)煤州的議員們主要目的在于爭(zhēng)取聯(lián)邦政府加大在本州的經(jīng)費(fèi)開支，以增加就業(yè)并提升經(jīng)濟(jì)，對(duì)于煤制油氣技術(shù)能否有效發(fā)展并不是很關(guān)心，因此出現(xiàn)了很多政治掛帥、外行領(lǐng)導(dǎo)內(nèi)行的示范項(xiàng)目。

美國(guó)國(guó)會(huì)對(duì)于煤制油氣示范項(xiàng)目的討論重點(diǎn)主要在于補(bǔ)貼金額的高低與項(xiàng)目地點(diǎn)的選擇，議員們都希望經(jīng)費(fèi)開支多多益善，而項(xiàng)目地點(diǎn)最好就設(shè)在自己的選區(qū)內(nèi)，經(jīng)濟(jì)性與技術(shù)可行性并不受重視。雖然研究成果乏善可陳，但是煤炭研究辦公室的預(yù)算在國(guó)會(huì)議員的支持下不斷增長(zhǎng)，從1962 年到1973 年增長(zhǎng)了四十余倍。

雖然所有的示范項(xiàng)目工期不斷延誤，經(jīng)費(fèi)不斷透支，但是因?yàn)檫@些國(guó)會(huì)議員以擴(kuò)大政府開支、增加就業(yè)為目的，并不在乎煤制油氣的技術(shù)是否具有商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。到了1973 年爆發(fā)石油危機(jī)時(shí)，煤炭研究辦公室的預(yù)算更是在一年之內(nèi)提高了三倍。

1973 年啟動(dòng)的H-coal 示范項(xiàng)目是一個(gè)典型的政治掛帥、扭曲技術(shù)研究的例子。原本H-coal 前期研究都是采用伊利諾伊州和懷俄明州的煤炭，其示范工廠工藝也是根據(jù)伊利諾伊州和懷俄明州的煤炭性質(zhì)做的設(shè)計(jì)。然而，肯塔基州州長(zhǎng)強(qiáng)力爭(zhēng)取將這個(gè)示范工廠設(shè)置到肯塔基州，并且同意給予總價(jià)值約八百萬美元的各式優(yōu)惠與補(bǔ)貼，美國(guó)聯(lián)邦政府最終決定將示范工廠設(shè)置在肯塔基州。

所有具備煤化工常識(shí)的人都知道，煤化工對(duì)煤炭的品質(zhì)穩(wěn)定有嚴(yán)格的要求，變更煤炭種類是大忌，然而在政治掛帥、外行領(lǐng)導(dǎo)內(nèi)行的政治環(huán)境下，美國(guó)政府對(duì)H-coal 示范工廠的選址不得不在政治上妥協(xié)。

1974 年美國(guó)聯(lián)邦政府改組能源機(jī)構(gòu)，原本屬于內(nèi)政部的煤炭研究辦公室并入能源研發(fā)署(Energy Research and Development Administration)。

1976 年能源研發(fā)署在肯塔基州的卡特里茲堡(Catlettsburg)投資1.43 億美元建設(shè)H-coal 示范工廠，雖然經(jīng)過多年的研發(fā)與建設(shè)，可由于所有參與的公司都不看好這項(xiàng)技術(shù)的商業(yè)前景而紛紛退出，H-coal 示范項(xiàng)目最終于1982 年全面終止。

美國(guó)著名的智庫(kù)蘭德公司(RandCorporation)曾經(jīng)就美國(guó)研發(fā)煤制油氣的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)所有的研發(fā)項(xiàng)目大多遵循類似的軌跡——對(duì)初期成本的估算都很低，但隨著項(xiàng)目的開展，從可行性評(píng)估、初步設(shè)計(jì)、預(yù)算編制、細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)、實(shí)際施工、到運(yùn)轉(zhuǎn)后依據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)修改工藝并加配設(shè)施，實(shí)際成本逐漸上升，最后發(fā)現(xiàn)，從可行性評(píng)估到項(xiàng)目末期的成本大約會(huì)增長(zhǎng)2 到4 倍。因此在起初的可行性評(píng)估中認(rèn)為經(jīng)濟(jì)可行的，到了后來都不可行。

從20 世紀(jì)40 年代到現(xiàn)在，美國(guó)在數(shù)十年的煤制油氣技術(shù)研發(fā)歷程中，能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化運(yùn)轉(zhuǎn)的煤制油氣廠只有一座，就是大平原煤制氣廠(Great Plains Synfuels)。大平原煤制氣廠最初的可行性評(píng)估開始于1973 年，原本規(guī)劃日產(chǎn)2 億5 千萬立方英尺(約合708 萬立方米)的煤制合成天然氣。到1975 年底，評(píng)估結(jié)果認(rèn)為資金需求過于龐大，為了降低風(fēng)險(xiǎn)，將設(shè)計(jì)產(chǎn)能降低一半，最終規(guī)劃為日產(chǎn)量1 億2 千5 百萬立方英尺(約合354 萬立方米)。

由五家油氣管道公司合資組成的大平原氣化聯(lián)營(yíng)公司(Great Plains Gasification Associate)于1980 年開始動(dòng)工興建，美國(guó)政府為了鼓勵(lì)和發(fā)展替代油氣的煤制氣技術(shù)的應(yīng)用，為大平原項(xiàng)目提供了建廠與啟動(dòng)費(fèi)用75%的貸款擔(dān)保(最終由美國(guó)聯(lián)邦政府擔(dān)保的貸款額度總計(jì)15.4 億美元)。大平原氣化聯(lián)營(yíng)公司自行出資4.93 億美元。大平原煤制氣廠總建廠成本約為20.3 億美元。

大平原煤制氣廠于1983 年底完工，并于1984 年7 月28 日正式開始運(yùn)轉(zhuǎn)。大平原廠在建廠前與四家天然氣管道公司簽訂了25 年的長(zhǎng)期供氣合約，管道公司同意以高于市價(jià)的價(jià)格購(gòu)買煤制天然氣，具體價(jià)格按合約中規(guī)定的公式計(jì)算。購(gòu)氣合約以1981 年1 月1 日每百萬英熱值(MMBTU)6.75 美元的天然氣價(jià)格作為基準(zhǔn)價(jià)，每季度根據(jù)生產(chǎn)者價(jià)格指數(shù)和二號(hào)燃油(No.2fuel oil)的價(jià)格依公式進(jìn)行調(diào)整，但前五年購(gòu)氣價(jià)格不得高于二號(hào)燃油的市場(chǎng)價(jià)。

當(dāng)時(shí)美國(guó)人普遍認(rèn)為美國(guó)的自然資源稟賦是富煤貧油少氣，隨著美國(guó)石油進(jìn)口依賴度不斷提高，天然氣資源逐漸耗盡，油氣價(jià)格長(zhǎng)期看漲不看跌。大平原氣化聯(lián)營(yíng)公司在開始規(guī)劃建廠時(shí)跟美國(guó)能源產(chǎn)業(yè)界的大多數(shù)人一樣，認(rèn)為在富煤少氣的美國(guó)，天然氣價(jià)格只會(huì)漲不會(huì)跌，他們預(yù)估建廠完成時(shí)，天然氣價(jià)格應(yīng)該已經(jīng)漲到每百萬英熱值(MMBTU)9 到10 美元之間。但在大平原建廠完成后，美國(guó)油氣價(jià)格不但沒有出現(xiàn)預(yù)期中的上漲，反而開始下跌，即便根據(jù)購(gòu)氣合約公式的有利價(jià)格，大平原廠也無法獲利。而按這樣的優(yōu)惠購(gòu)氣價(jià)格，購(gòu)氣的管道公司也是虧損的。

管道公司想把合成天然氣的高價(jià)轉(zhuǎn)嫁到消費(fèi)者身上，而美國(guó)的消費(fèi)者團(tuán)體則提起法律訴訟，最后和解結(jié)果是雙方都承擔(dān)部分損失。管道公司受合約限制不得不以高于市場(chǎng)的價(jià)格向大平原廠購(gòu)氣，但是在必須購(gòu)買的總量上發(fā)生爭(zhēng)議，因此管道公司與大平原廠之間也展開法律訴訟，直到1994 年才達(dá)成和解。

在大平原煤制氣運(yùn)轉(zhuǎn)之后，大平原氣化聯(lián)營(yíng)公司根據(jù)調(diào)整后的價(jià)格重新估算，大平原廠在運(yùn)轉(zhuǎn)的前十年間預(yù)計(jì)將虧損13 億美元。大平原氣化聯(lián)營(yíng)公司起初試圖要求美國(guó)政府提供更多的財(cái)政補(bǔ)貼，但是美國(guó)政府并不愿意填補(bǔ)這個(gè)無止盡的財(cái)政黑洞，在失去政府援助后，大平原氣化聯(lián)營(yíng)公司于1985 年8 月1日宣布破產(chǎn)。

由于美國(guó)政府是大平原案貸款的擔(dān)保人，在大平原氣化聯(lián)營(yíng)公司破產(chǎn)后，應(yīng)對(duì)其未履行的貸款負(fù)有連帶賠償責(zé)任。大平原煤制氣廠投資項(xiàng)目，最后的結(jié)局是滿盤皆輸，原始投資者大平原氣化聯(lián)營(yíng)公司破產(chǎn)，美國(guó)能源部連帶賠償貸款，依合約購(gòu)氣的管道公司以虧損的高價(jià)購(gòu)氣，消費(fèi)者也被迫承受較高的氣價(jià)。

美國(guó)建設(shè)大平原煤制氣廠造成的巨額虧損和破產(chǎn)，并牽連政府連帶賠償，承受重大損失，這個(gè)歷史教訓(xùn)使得世界各國(guó)在考慮發(fā)展煤制天然氣時(shí)更為審慎，除中國(guó)外，再也沒有其他國(guó)家建設(shè)規(guī)?；褐铺烊粴鈴S，但是曾經(jīng)嘗試研發(fā)的國(guó)家并不少，現(xiàn)簡(jiǎn)單介紹下煤制油氣在其他國(guó)家的發(fā)展情況。

其他國(guó)家發(fā)展煤制油氣的經(jīng)驗(yàn)

1973 年與1979 年的兩次石油危機(jī)使許多國(guó)家都試圖發(fā)展可以替代石油的煤制油氣，西德的非核能源研究項(xiàng)目(Program for Non-Nuclear Energy Research)強(qiáng)調(diào)煤炭液化對(duì)于德國(guó)的能源前景十分重要。日本的陽光計(jì)劃(SunshineProject)也認(rèn)為合成燃料將在日本扮演重要角色。其他還有新西蘭、澳大利亞、英國(guó)和加拿大，也都在20 世紀(jì)80 年代進(jìn)行過許多煤制油氣的研究，但是都僅止于實(shí)驗(yàn)階段，沒有實(shí)現(xiàn)商業(yè)規(guī)模的量產(chǎn)。綜合來說，西方國(guó)家煤制油氣發(fā)展的失敗有以下幾個(gè)主要的共同因素：

(1)多元的代議政治體制：由于代表社會(huì)各階層不同利益的團(tuán)體在代議政治中角逐，使得政府的政策難有像南非那樣數(shù)十年不變的持續(xù)性。

(2)政府財(cái)政的困難：20 世紀(jì)70年代的能源危機(jī)造成全球性的經(jīng)濟(jì)蕭條，政府財(cái)政困難，而煤制油氣的發(fā)展必須承擔(dān)長(zhǎng)期虧損，各國(guó)政府均不愿意以拮據(jù)的財(cái)政去填補(bǔ)這樣的虧損。

(3)技術(shù)不成熟：煤制油氣雖然不算新技術(shù)，但是非常缺乏量產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)。各國(guó)的研發(fā)歷程中都出現(xiàn)了許多技術(shù)上的困難。

(4)全球能源市場(chǎng)的變化：自20世紀(jì)80 年代初到90 年代末，全球石油價(jià)格呈現(xiàn)穩(wěn)定下跌的趨勢(shì)，使得原本促使各國(guó)發(fā)展煤制油氣的動(dòng)機(jī)不復(fù)存在了。

(5)對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視：自20 世紀(jì)70 年代以來，西方國(guó)家環(huán)保意識(shí)逐漸興起，煤制油氣因?yàn)槠涓呶廴镜奶攸c(diǎn)而不易得到社會(huì)大眾的認(rèn)可。政府如果要用政府財(cái)政去補(bǔ)貼高污染的煤制油氣，在政治上難以得到持續(xù)的支持。

回顧全世界煤制油氣的發(fā)展歷程，失敗的占大多數(shù)，成功的只有少數(shù)特例。而從能夠成功實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的幾個(gè)特例(納粹德國(guó)煤制油、南非煤制油和美國(guó)大平原煤制氣)來看，成功背后都有其特殊的歷史背景。若從純粹自由競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)中商業(yè)營(yíng)利的角度來看，全世界煤制油氣可以說從來沒有過成功的例子。

根據(jù)美國(guó)環(huán)保署的統(tǒng)計(jì)資料，大平原煤制氣廠2011 年各類空氣污染物排放量如下表。污染物中排放量最大的是氨、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳及甲醇。

大平原廠早年二氧化硫排放量非常大，2002 年之后則有顯著降低。大平原廠從運(yùn)轉(zhuǎn)之初就一直無法符合空氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)，在大平原氣化聯(lián)營(yíng)公司破產(chǎn)后，美國(guó)能源部收購(gòu)重整期間也無法解決空氣污染排放不達(dá)標(biāo)的問題。北新電力接手運(yùn)營(yíng)時(shí)承諾將向符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的方向努力，但是持續(xù)多年都沒有達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

從一開始，原本建廠時(shí)安裝的Stretford

硫磺回收裝置不斷發(fā)生問題，大平原廠的工程師先是將硫磺回收裝置換成sulfolin裝置，但還是無法順利運(yùn)轉(zhuǎn)，最后大平原廠決定放棄硫磺回收，而將工藝中產(chǎn)生的硫化氫予以焚化處理。硫化氫焚化后產(chǎn)生大量的二氧化硫，于是大平原廠斥資一億美元在1997 年加裝煙道脫硫裝置。然而煙道脫硫裝置運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性不佳，大平原廠又追加八百萬美元改善系統(tǒng)，但是仍然無法完全解決問題。

北達(dá)科他州衛(wèi)生局在1997 年對(duì)大平原廠發(fā)出違規(guī)通知。在高達(dá)一百三十萬美元的巨額罰款的威脅下，大平原廠承諾再投資三千五百萬美元安裝濕式靜電除塵裝置(于2001 年完成安裝)，并與衛(wèi)生局達(dá)成和解協(xié)議。

經(jīng)過不斷嘗試與一再投資改善設(shè)備，在運(yùn)轉(zhuǎn)十多年后，大平原廠終于能夠符合空氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)。

廢水排放方面，大平原煤制氣廠位于密蘇里河流域，距離全美第三大人工湖沙卡卡威亞湖(Lake Sakakawea)僅約十英里(約合16 公里)。沙卡卡威亞湖平均儲(chǔ)水量約294 億立方米，大約相當(dāng)于中國(guó)的鄱陽湖的滿水位容量，因此大平原廠附近的水資源可以說十分豐富。大平原廠年耗水量約924 萬立方米28，每分鐘產(chǎn)生3000 加侖(約合11.36 立方米)的廢水，但是完全不對(duì)廠外排放。所有產(chǎn)生的廢水均在場(chǎng)內(nèi)處理，部分回收，部分蒸發(fā)，部分用于灰分處理，隨灰分送往灰分掩埋場(chǎng)進(jìn)行掩埋，最后還剩下一部分無法處理的濃縮廢液，則注入深井拋棄。

大平原建廠時(shí)原本設(shè)計(jì)的廢液焚化爐因?yàn)榻?jīng)常發(fā)生機(jī)械故障，而且耗費(fèi)大量燃料，因此于1993 年修改工藝將廢液焚化爐拆除，而將蒸發(fā)濃縮的廢液重新導(dǎo)入氣化爐。

氣化爐廢水中含有酚、兒茶酚、酸和醇類等有機(jī)物質(zhì)，這些有機(jī)物質(zhì)會(huì)因細(xì)菌作用而使冷卻水塔及許多廢水揮發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生惡臭。廠區(qū)因散發(fā)惡臭二十多年來不斷被附近居民投訴。經(jīng)過大平原廠近年努力改善，并于2013 年投資7千7 百萬美元加裝冷卻水塔污水分離系統(tǒng)，惡臭投訴案件才顯著減少，2012年有16 起，到2013 年只剩下3 起。

污水零排放并不等于完全解決了水污染的問題。因?yàn)橄虻叵律罹抛U液會(huì)有污染地下水的隱患，所以大平原廠在廠區(qū)附近640 英畝(3840 畝)的范圍內(nèi)設(shè)置了130 多座地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)井，并聘有專職的環(huán)境水文工程師每半年對(duì)地下水水質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)，以確認(rèn)儲(chǔ)存于地底下的污水沒有向鄰近的地下水層擴(kuò)散。

美國(guó)能源部總結(jié)大平原廠二十年運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)的報(bào)告中指出，大平原廠的工程師一致建議未來新建的煤制天然氣不要再使用跟他們一樣的氣化爐，因?yàn)樗麄冇玫聂斊鏆饣癄t雖然在運(yùn)轉(zhuǎn)上非常穩(wěn)定可靠，但是產(chǎn)生的廢液成分復(fù)雜且難以處理。許多大平原廠的工程師建議未來新建的煤制天然氣廠可以采用新開發(fā)的流化床氣化爐技術(shù)，認(rèn)為該技術(shù)可能可以減少?gòu)U液的產(chǎn)生而降低污水處理的難度。

固體廢棄物方面，大平原廠產(chǎn)生的廢棄物種類包括：實(shí)驗(yàn)室溶劑廢物、重金屬?gòu)U棄物、丙酮/ 甲苯/ 乙腈、礦物油、廢堿/ 酸、廢棄的1,1,1- 三氯乙烷、廢棄的催化劑、實(shí)驗(yàn)室廢棄化學(xué)品和工藝清洗殘?jiān)４笃皆瓘S有專屬的廢棄物掩埋場(chǎng)以供氣化爐灰分以及各類工藝所產(chǎn)生的固體廢棄物掩埋之用。

二氧化碳排放方面，大平原煤制氣廠與加拿大的泛加拿大(PanCanadian) 石油公司于1997年達(dá)成協(xié)議，泛加拿大石油公司從大平原廠購(gòu)買二氧化碳為其Weyburn 油田提高原油采收率。大平原煤制氣廠的二氧化碳捕獲與儲(chǔ)存(carboncapture and storage，以下簡(jiǎn)稱CCS)設(shè)施于2000年10 月開始運(yùn)作，所捕獲的二氧化碳通過328 公里(205 英里)長(zhǎng)的管道輸送到鄰近的加拿大油田，作為提高原油采收率(enhancedoil recovery，以下簡(jiǎn)稱EOR)之用。

大平原廠將捕捉二氧化碳的成本列為商業(yè)機(jī)密。大平原廠的CCS 設(shè)施總投資金額約一億美元， 泛加拿大公司的EOR 投資則超過十億美元。據(jù)學(xué)者估計(jì)，大平原廠捕集與運(yùn)輸二氧化碳的成本大約為每噸20 美元。近年來，由于石油業(yè)者用于EOR 的二氧化碳的需求不斷增加，平均購(gòu)買價(jià)格約在每噸28 美元以上，當(dāng)原油價(jià)格維持在每桶100 美元以上時(shí)，石油業(yè)者甚至最高有可能出到每噸40 ～ 45 美元來購(gòu)買二氧化碳。據(jù)此可以判斷大平原廠的CCS應(yīng)該有可觀的利潤(rùn)。

目前全世界對(duì)于煤炭燃燒產(chǎn)生的二氧化碳所做的CCS，大多僅為小規(guī)模的示范，或是仍在規(guī)劃階段，大平原廠的CCS 是全世界煤炭能源的CCS 中規(guī)模最大的，運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)最久的。然而即使在有利可圖，而且運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)領(lǐng)先全世界的情況下，大平原廠的CCS 捕集率最高時(shí)大約也只有50%。

根據(jù)大平原廠公布的數(shù)據(jù)，大平原廠每年捕集的二氧化碳大約三百萬短噸，美制的短噸(short ton) 合兩千英鎊或約0.907 噸，三百萬短噸約合二百七十二萬噸。大平原廠每年消耗產(chǎn)于鄰近Freedom Mine 的褐煤約六百萬短噸(約合544 萬噸)，F(xiàn)reedomMine的褐煤為地表開采，平均熱值每英鎊約6775 英熱值40。根據(jù)美國(guó)能源信息管理局的資料，北達(dá)科他州褐煤的二氧化碳排放系數(shù)為218.8

英鎊/ 百萬英熱值。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，我們可以估計(jì)大平原廠生產(chǎn)煤制合成天然氣的二氧化碳排放量約為每年八百萬噸(含下游合成氣燃燒產(chǎn)生的排放量)。Freedom Mine 的褐煤因?yàn)槭堑乇黹_采，開采過程的能源消耗低于地下開采。根據(jù)學(xué)者的估算，美國(guó)地表開采的煤炭開采過程的二氧化碳排放量約為40.65 公斤/ 短噸(約合44.82 公斤/ 噸)。依此我們可以估計(jì)供應(yīng)大平原廠的褐煤在開采過程的二氧化碳排放量每年約24.4 萬噸。Freedom Mine

到大平原廠的距離只有不到十英里(約合16 公里)，運(yùn)輸過程產(chǎn)生的二氧化碳可以忽略不計(jì)。這樣我們可以估算出大平原的CCS 大約可以將煤制合成氣的全生命周期二氧化碳排放量減低約三分之一。

無CCS 的合成天然氣若是用來發(fā)電，其碳排放強(qiáng)度會(huì)高于燃煤發(fā)電，依照大平原廠的CCS

捕集率扣除捕集的二氧化碳后，其碳排放強(qiáng)度會(huì)略低于燃煤發(fā)電，但仍顯著高于一般的天然氣發(fā)電。

在理想狀況下，CCS 可以將二氧化碳封存于地下而減緩地表的溫室效應(yīng)，但是長(zhǎng)期來說，現(xiàn)在封存的二氧化碳也有可能會(huì)因?yàn)榈貧ぷ儎?dòng)或人為疏忽與破壞而泄漏出來。因此封存之后必須長(zhǎng)期監(jiān)控。從防治溫室效應(yīng)的時(shí)間尺度來說，即使用最低的標(biāo)準(zhǔn)，CCS 也必須要能封存幾千年以上才有意義。

從能源轉(zhuǎn)換效率的角度來看，使用煤制合成天然氣發(fā)電是一種低效的能源利用方式。根據(jù)大平原廠近年實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)資料來計(jì)算，由煤炭轉(zhuǎn)換成合成天然氣的能源轉(zhuǎn)換效率大約60%。大型復(fù)循環(huán)燃?xì)怆姀S的能源轉(zhuǎn)換效率大約50%。因此由煤炭先制成合成天然氣再用做燃?xì)獍l(fā)電的能源轉(zhuǎn)換效率大約為60% *50%＝ 30%。一般大型燃煤電廠的能源轉(zhuǎn)換效率則大多可達(dá)到40%以上。同樣發(fā)一度電，使用煤制天然氣要比直接燃煤多消耗三分之一的煤炭資源。

啟示：煤制氣項(xiàng)目眼光至少要看四十年

新科技的發(fā)展，往往是很難預(yù)測(cè)的。然而有一個(gè)基本的方向就是，競(jìng)爭(zhēng)越激烈的市場(chǎng)，廠商為了維持競(jìng)爭(zhēng)力就必須投入更多的資源進(jìn)行研發(fā)，而投入更多資源做研發(fā)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步就更快。

從前富煤少氣的美國(guó)，在建立了全世界最自由競(jìng)爭(zhēng)的天然氣市場(chǎng)之后，不但傳統(tǒng)天然氣的新發(fā)現(xiàn)超乎原本的預(yù)期，而且新技術(shù)的創(chuàng)新使得美國(guó)在煤層氣、頁(yè)巖氣的開發(fā)都領(lǐng)先于全世界。現(xiàn)在美國(guó)因?yàn)樘烊粴馓阋?，連燃煤電廠都紛紛改燒天然氣發(fā)電。

像煤制天然氣這樣的投資，眼光至少要看四十年。四十年前，美國(guó)沒有人可以想象四十年后的今天，美國(guó)的天然氣資源不但沒有枯竭，還比四十年前更豐富。四十年前，風(fēng)力與太陽光伏發(fā)電技術(shù)猶如空中樓閣，幾乎沒有任何市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。而四十年后的今天，風(fēng)力發(fā)電儼然已經(jīng)成為主流的發(fā)電技術(shù)之一，太陽光伏的成本也越來越有競(jìng)爭(zhēng)力。

從過去數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)來看，太陽光伏的成本大約每十年下降一半，未來十年到二十年間，太陽光伏發(fā)電的成本很可能會(huì)降到跟燃煤發(fā)電差不多甚至更便宜。如果到時(shí)候用太陽光伏發(fā)電來取暖煮食比用煤制氣更便宜，那么現(xiàn)在建的這些煤制氣廠將被迫停產(chǎn)關(guān)閉。如果只運(yùn)轉(zhuǎn)不到二十年就關(guān)閉，現(xiàn)在的投資將難以收回成本。

美國(guó)在取消天然氣價(jià)格管制的初期興建了大平原煤制天然氣廠，經(jīng)歷了慘痛的教訓(xùn)?，F(xiàn)在一窩蜂地投入煤制天然氣，將對(duì)中國(guó)的長(zhǎng)期發(fā)展帶來極高的風(fēng)險(xiǎn)。政府跟投資者對(duì)于這樣攸關(guān)國(guó)家社會(huì)未來發(fā)展的豪賭，必須要三思而后行，切莫跟風(fēng)盲從。