加强煤炭清洁高效利用 材料与化工专业大有可为

冯培忠 中国矿业大学

在全球追求绿色、低碳、可持续发展的今天，煤炭作为传统的能源资源，如何实现其清洁高效利用成为了国际关注的焦点。2022年党的二十大报告提出“加强煤炭清洁高效利用”；2023年政府工作报告指出：发挥煤炭主体能源作用，增加煤炭先进产能；2024年政府工作报告指出：发挥煤炭、煤电兜底作用，确保经济社会发展用能需求；2024年4月30日中共中央政治局会议再提“加强煤炭清洁高效利用”。

煤炭被誉为“黑金子”，2023年我国原煤生产47.1亿吨，比上年增长3.4%，另外进口4.7亿吨，煤炭消费增长5.6%，占我国能源总量的55.3%，富煤、贫油、少气的资源禀赋特征和国家能源安全战略，决定在未来很长一段时间内煤炭仍将是我国的主体能源，因而立足煤炭稳定供应，加强煤炭清洁高效利用，发挥我国煤炭资源优势，防止“资源卡脖子”十分必要。

面对煤炭，“既爱又恨”，“爱”的是开采煤炭就是开采光明，“恨”得是燃烧煤炭就是温室效应，煤炭是能源消费中碳排放的主要来源，煤炭利用产生的CO2排放量约占能源消费排放的70%左右，CO2排放也是全球气候大会的关注焦点。因而推进煤炭清洁高效利用，实现高碳能源低碳化，对“双碳”目标的实现具有重要战略意义。

煤炭利用涉及到洗选加工、利用、转化、废弃物回收等全过程，其中煤炭来自采矿，从自然界获得资源，目前我国煤炭开采多为地下开采，也有部分露天开采，“地下工作者”环境恶劣、艰苦奋斗，实属不易，地下开采类似收土豆，从地里挖出来。洗选加工早先叫选矿工程，目前称之为矿物加工工程与物质分离，其主要目的是实现高价值和低价值物质的分离，例如煤炭和矸石的分离，洗选加工类似小麦的脱穗、清洗、磨面，脱穗早起通过碾场、扬场使得麦粒和麦穗分离，清洗用水洗去麦粒表面的灰尘，磨面通过滚子粉碎去除麦粒表面的皮壳（麸皮），最后剩下白花花的面粉，现在的全麦粉就是磨面没有去麸皮的面粉。利用和转化就是煤炭的燃烧发电、煤化工新产品、新材料等，2023年我国发电总量94564.4亿千瓦时，其中燃煤发电占比66%，因而煤炭仍然是老百姓点灯照明的主要来源。2023年我国煤制油724万吨、煤制气63.35亿立方米、煤制烯烃1725万吨、煤制乙二醇547万吨，煤化工产值达1.2万亿，约占我国GDP的1%。而煤炭开采和利用过程产生的煤矸石、磷石膏、粉煤灰、气化渣等都属于大宗固废，这些大宗固废的资源化安全处理与材料化合理利用也十分重要。

要想实现煤炭清洁高效利用，材料与化工专业大有可为，根据洗选加工、利用、转化的链条，①加强选矿，实现煤炭和矸石、甚至不同类型煤炭的精准分离、高效分离、少水分离、环保分离、智能分离，选矿是矿业、冶金、材料、化工的交叉学科，有高校设置选矿工程于材料学院、也有高校设置在化工学院；②煤炭中富含各种稀有金属、有机质，燃烧是极大的浪费，面对石油短缺，油、气、塑料等各种化学品都需要通过煤炭转化来实现，化学工艺就是研究将石油、煤等各种原料经过化学反应转变为产品的工业生产流程和技术；③所有的物质，要想获得应用，都需要转化为材料，材料工程将研究煤化工新材料工艺、成分、组织、性能和服役的关系，道法自然，开展矿物纳米环境功能材料等研究；④瓦斯是“老虎”，如何捉“老虎”成为煤矿安全的重中之重，瓦斯的封堵、吸附、分离与催化转化、瓦斯发电的材料与化工新技术，粉尘防治等对于人民生命健康也非常重要。

中国矿业大学作为我国唯一以“矿业”命名的高校，因煤而建，缘煤而兴，聚焦煤炭科技与煤炭教育，1909年建校就名为“路矿学堂”，115年来始终以服务国家煤炭工业发展为己任，积极响应国家政策，依托深厚的学术积淀和科研实力，致力于通过“新质生产力”推动煤炭行业的清洁高效利用，展现出独特的办学特色。

被誉为“黑色的金子”的煤炭，正在中国矿业大学材料与化工领域科研团队的努力下，逐渐褪去传统能源的标签，焕发出新的生机。它不再是单一的燃料，而是通过现代煤化工、前沿新材料等技术，华丽转身为原料、材料乃至高端产品。这一转变，不仅提升了煤炭的附加值，更为我国的能源安全和新质生产力发展注入了新的活力。

中国矿业大学材料与化工学科围绕煤炭清洁高效利用的国家战略，构建了“矿物加工与物质分离→煤化工→材料工程→环境友好与安全可控技术”的链条，依托国家煤加工与洁净化工程技术研究中心、煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室、江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室、江苏省煤系功能材料绿色减碳及资源化利用工程研究中心等平台，聚焦煤炭清洁高效利用，成功研制出世界上第一台煤用概率分级筛，为煤炭的高效筛分提供了有力支持；创新性地研发了煤炭定向制备技术，将煤炭成功转化为高值化学品，如烷烃、烯烃和环芳烃等，从而大幅提升了煤炭的利用价值和经济效益；在瓦斯吸附分离与催化转化、矿井及化工防灭火等方面也取得了理论与技术的双重突破。近五年来，承担了9项国家重点研发计划和12项相关课题，发表学术论文1200余篇，并获得了415项国内外发明专利的授权。荣获包括国家科技进步二等奖、教育部特等奖和江苏省科学技术一等奖在内的44项省部级以上科研奖励，充分展示了中国矿业大学在煤炭清洁高效利用领域的卓越实力和领先地位。

中国矿业大学材料与化工学科还积极与企业合作，将科研成果转化为实际应用。与中煤能源、河南能化等多家大型企业建立了紧密的产学研合作关系，共同推动煤炭清洁高效利用技术的研发和应用。煤炭高效分选、CO2铺集与高值化利用、三相泡沫灭火材料等在国家能源集团、延长石油等150余家大型企业推广应用，效益显著；开展了高耐磨钢板等重点基础材料研究，形成成套关键技术，打破国外垄断；开展了煤基燃料电池及高效制氢等研发，开发适用于超低浓度煤矿瓦斯的燃料电池发电成套技术与装备，填补了国内外空白。这些合作不仅提升了企业的技术水平和市场竞争力，也为煤炭行业的绿色发展注入了新的活力，实现了科研与产业的良性互动和共赢发展。

值得一提的是，中央电视台《人物·故事》栏目曾报道过已故陈清如院士为了煤炭高效洁净利用，下煤厂、住工棚，坚守一线，服务社会的故事。这不仅展现了矿大师生服务社会、献身科研的崇高精神，也进一步彰显了中国矿业大学在煤炭清洁高效利用方面的深厚底蕴和影响力。

展望未来，中国矿业大学材料与化工学科将继续坚持以国家战略需求为导向，以服务行业和区域经济发展为己任，致力于通过“新质生产力”推动煤炭行业清洁高效利用的前沿科技创新和人才培养。学科也一直坚信，只有通过不断创新和努力，才能引领煤炭行业走向更加绿色、高效、清洁、可持续的未来。

以“新质生产力”推动煤炭清洁高效利用，材料与化工专业大有可为，中国矿业大学大有可为！

 部分参考文献：1 积极稳妥推进煤炭清洁高效利用 为高质量发展提供安全绿色的能源保障，2022/07/08 国家节能中心

     2 中华人民共和国2023年国民经济和社会发展统计公报.国家统计局网站.2024年2月29日