Kinas kulfremtid

En besøgende, der ankommer til Shanghai, bemærker straks Kinas teknologiske gåde. Gennem vinduerne i det magnetisk svævende tog, der dækker de 30 kilometer fra Pudong International Airport til Shanghai med op til 430 kilometer i timen, er både de fremskridt, landet gør, og prisen, det betaler for det, tydelige. De fleste dage hænger en gul dis over Shanghais byggevanvid. Forurening er den største dødsårsag i Kina og dræber mere end en million mennesker om året. Og den primære årsag til forurening er også kilden til den energi, der driver det ultramoderne tog: kul.

For at holde trit med landets økonomiske vækst bygger Kinas lokale regeringer, forsyningsselskaber og iværksættere i gennemsnit et kulfyret kraftværk om ugen. Kraftværkerne udsender en jævn strøm af sod, svovldioxid og andre giftige forurenende stoffer til luften; de spyr også millioner af tons kuldioxid ud. I november forudsagde Det Internationale Energiagentur, at Kina vil blive verdens største kilde til kuldioxidemissioner i 2009, og overhale USA næsten et årti tidligere end tidligere forventet. Kul forventes at være ansvarlig for tre fjerdedele af denne kuldioxid.

Denne historie var en del af vores januar 2007-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Og problemet vil blive værre. Mellem nu og 2020 vil Kinas energiforbrug mere end fordobles ifølge ekspertvurderinger. At øge energieffektiviteten, udnytte vedvarende ressourcer med vanddæmninger og vindmøller og bygge atomkraftværker kan hjælpe, men – i det mindste i de kommende to årtier – kun marginalt. Da Kina har meget lidt af olie- og gasreserver, afhænger dets fremtid af kul. Med 13 procent af verdens dokumenterede reserver har Kina nok kul til at opretholde sin økonomiske vækst i et århundrede eller mere. Den gode nyhed er, at Kinas ledere så kulrushet komme i 1990'erne og begyndte at udforske en række avancerede teknologier. Den vigtigste blandt dem er kulforgasning. Det er nøglen til rent kul i Kina, siger kemiingeniør Li Wenhua, der ledede avanceret kuludvikling for Beijings nationale højteknologiske R&D-program (bedre kendt i Kina som 863-programmet) fra 2001 til 2005.

Forgasning omdanner kuls komplekse blanding af kulbrinter til en brintrig gas kendt som syntesegas eller syngas. Kraftværker kan brænde syngas lige så rent, som de kan naturgas. Med de rigtige katalysatorer og under de rigtige forhold kombineres de grundlæggende kemiske byggesten i syngas og danner kulbrinteingredienserne i benzin og diesel. Som et resultat heraf har kulforgasning potentialet både til at dæmpe kraftværkers udledning af sod og smog og til at mindske Kinas voksende afhængighed af importeret olie. Det kunne endda hjælpe med at kontrollere emissioner af kuldioxid, som lettere opsamles fra syngasanlæg end fra konventionelle kulfyrede anlæg.

Multimedier

• Hvordan forgasning fungerer

På trods af Kinas tidlige forventning om behovet for kulforgasning, har implementeringen af ​​teknologien i kraftværker imidlertid haltet. Landets elproducenter mangler de økonomiske og politiske incitamenter til at bryde fra deres traditionelle praksis.

Derimod er en storstilet indsats for at producere flydende transportbrændstoffer ved hjælp af kulforgasning godt i gang. Kinas største kulfirma, Shenhua Group, planlægger at starte landets første kul-til-brændsel-anlæg op i 2007 eller begyndelsen af ​​2008, i verdens mest ambitiøse anvendelse af kul-likvefaktion siden Anden Verdenskrig. Shenhua planlægger at drive otte likvefaktionsanlæg inden 2020, der i alt producerer mere end 30 millioner tons syntetisk olie årligt - nok til at fortrænge mere end 10 procent af Kinas forventede olieimport.

Kinas fremskridt med at bygge kulkonverteringsanlæg sætter det langt foran USA, hvor kulforgasningen stadig er ved at komme sig efter et beskadiget omdømme. Forgasningsdemonstrationsprogrammer iværksat i USA efter energikriserne i 1970'erne blev forældreløse, da olie- og gaspriserne styrtdykkede i 1980'erne. Det efterlod mange med det indtryk, at selve teknologien var upålidelig (se kuldioxid til salg, juli 2005) . I Kina derimod så olien aldrig billig ud, og kul har aldrig mistet sin glans.

Kul og kashmir

Det nordlige Kina er hurtigt ved at blive epicentret for Kinas energiindustri. Det førende træk er Shenfu Dongsheng-kulfeltet, et 31.000 kvadratkilometer stort lag af lavvandet kul, der strækker sig fra den nordlige spids af Kinas Shaanxi-provins til den sydlige kant af Nei Mongol eller Indre Mongoliet. Dongsheng-feltets anslåede reserve på 223,6 milliarder tons kul gør det til verdens syvende største; bestræbelser på at omdanne meget af dette kul til transportbrændstoffer kan gøre det til verdens mest rentable.

Indtil for nylig var Indre Mongoliets kulhovedstad, Erdos, stort set uberørt af den moderne verden, afgrænset af bjergkæder og Den Kinesiske Mur mod syd og af Den Gule Flod mod nord. Dens isolation er nu forbi, takket være friske motorveje og nye jernbanelinjer, der ruller over dens sprækkede bakker og stejle dale. En lufthavn skulle åbne i år.

Erdos’ BNP blev fordoblet mellem 2001 og 2004, hovedsageligt på grund af kul, kemikalier og kashmir (Erdos leverer en fjerdedel af verdens kashmir). For at nå kulmarkerne kører du 40 minutter syd for byen og passerer et mausoleum fra 1950'erne for Genghis Khan, 1200-tallets kriger, der erobrede store dele af Asien. Når du nærmer dig den tørre flodslette af Wulanmulun-floden, springer den imponerende infrastruktur af et dusin kulminer, inklusive nogle af verdens største og mest mekaniserede, ud af det golde landskab. Regionen er også hjemsted for flere hundrede mindre, mindre moderne miner (gasser og huler dræber mindst 6.000 kinesiske kulminearbejdere om året). Minearbejdere kører på deres fridag forbi på knallerter, tre eller fire til et køretøj, der kører forbi 40-tons lastbiler fyldt med kul. Langs motorvejen laster kulsorteringsterminaler jernbanevogne, der er bestemt til kraftværker og havne på den industrialiserede østkyst.

Intet af den infrastruktur og aktivitet forbereder dog en besøgende til Shenhuas kul-til-brændsel-kompleks, som rejser sig fra et plateau skåret ind i bakkerne. Det er et imponerende sted med sit eget kulfyrede kraftværk, forgasningsanlæg og to massive reaktorer, hvor kul vil blive flydende, som hver vejer 2.250 tons (Shenhua hævdede verdensrekord for hejsning, da det løftede reaktorerne på plads i juni sidste år) . Efter en børsnotering på $2,95 milliarder i 2005 og $5 milliarder i årlige indtægter fra dets integrerede miner, jernbaner og kraftværker, udvider Shenhua hurtigt sine aktiviteter. Det solgte 113 millioner tons kul i kun første halvdel af 2006, hvilket næsten svarer til det foregående års total. Hvis Shenhua fastholder det tempo i år, kan det blive verdens største producent af kul.

Kinas regering i Beijing skabte Shenhua for et årti siden for at bringe stordriftsfordele og moderne teknologi til gavn for Dongsheng-kulfelterne. Selskabets kul-til-brændsel-anlæg på 1,5 milliarder dollar er et udtryk for denne strategi – et anlæg så teknisk ambitiøst, at mange eksperter, både kinesiske og vestlige, tvivlede på, at det nogensinde ville blive bygget.

Produktionen af ​​transportbrændstoffer fra kul stammer fra begyndelsen af ​​det 20. århundredes Tyskland, hvor kemikere udviklede to tilgange til at omdanne kuls faste langkædede kulbrinter til de kortere flydende kulbrinter, der findes i motorbrændstoffer. (Nazi-Tyskland, med ringe adgang til olie, var stærkt afhængig af disse processer for at brænde sin stærkt mekaniserede hær og luftvåben, der producerede benzin, diesel og flybrændstof fra kul.) Franz Fischer og Hans Tropsch opfandt den bedre kendte af de to tilgange i 1920'erne. Fischer-Tropsch-syntese reducerer kul til syngas, en blanding af brint og carbonmonoxid. En katalysator, ofte kobolt, får derefter kulstof- og brintatomerne til at forbindes igen til nye forbindelser, såsom alkoholer og brændstoffer. Fischer-Tropsch-syntese er konventionel kemi i dag: I Sydafrika byggede for eksempel Johannesburg-baserede Sasol Fischer-Tropsch kul-til-olie-anlæg for at sikre landets brændstofforsyning under apartheid-årenes handelsboykot; og ved at bytte i forskellige katalysatorer har Kinas kul-til-kemikalier forgasningsanlæg brugt Fischer-Tropsch i årtier til at producere produkter som syntetisk gødning og methanol.

Shenhuas plante valgte derimod Fischer-Tropschs mindre kendte rival, opfundet af Friedrich Bergius et årti tidligere. Selvom den blev brugt flittigt af nazisterne, blev Bergius' proces efterfølgende opgivet. Processen er blevet kendt som direkte fortætning, fordi den omgår syngastrinnet. Ved direkte fortætning pulveriseres hovedparten af ​​kullet og blandes med noget af plantens syntetiske olie, behandles derefter med brint og opvarmes til 450 °C i nærværelse af en jernkatalysator, som bryder kulbrintekæderne i de kortere kæder, der er egnet til raffinering til flydende brændstoffer.

Direkte fortætning producerer mere brændstof pr. ton kul end Fischer-Tropsch syntese. Eksperter ved det kinesiske kulforskningsinstitut i Beijing vurderer, at processen optager 55 til 56 procent af energien i kul, sammenlignet med blot 45 procent for Fischer-Tropsch. Direkte likvefaktion er dog også langt mere kompliceret, idet det kræver separate kraft- og forgasningsanlæg til at levere varme og brint og betydelig genanvendelse af olie, brint og kulslam mellem separate sektioner af anlægget. Og nedbrydning af kulbrinter til den helt rigtige længde kræver udsøgt kontrol over driftsforholdene og en konsekvent kulforsyning.

Shenhua redesignede processen i løbet af de sidste fem år for at øge effektiviteten og reducere spild, men samtidig øget dens kompleksitet. Og virksomheden tager en enorm ingeniørmæssig og økonomisk risiko ved at forfølge en så ny teknologi i så stor skala.

Ved udgangen af ​​dette år håber Shenhua at kunne pumpe 20.000 tønder syntetisk olie ud om dagen, næsten 500 gange så meget som dets pilotanlæg i Shanghai producerer. Ifølge Jerald Fletcher, en naturressourceøkonom ved West Virginia University i Morgantown, udgør Erdos-anlægget et eksperiment på 1,5 milliarder dollar, der kun kunne finde sted i Kina. Det ville være svært at få den slags forpligtelse af midler i Vesten uden en mere gennemprøvet teknologi, siger Fletcher. Eric Larson, ekspert i energiteknologi og modellering ved Princeton University, siger det mere ligeud: Det giver ikke meget mening at bygge sådan et enormt anlæg, for det fungerer måske ikke.

Men for den kinesiske regering kan belønningen være risikoen værd. På trods af sin børsnotering i 2005 af nogle aktiver, forbliver Shenhua et stort set statsejet firma, og anlægget til direkte likvefaktion tjener en kritisk statsinteresse: energisikkerhed. Uanset hvor store omkostningerne er, vil Shenhua bygge det, siger Zhou Zhijie, en forgasningsekspert ved East China University of Science and Technologys Institute of Clean Coal Technology i Shanghai. Kinas regering vil støtte dette projekt, indtil væsken flyder.

Selvfølgelig, hvis det nye anlæg fungerer, står Shenhua til at tjene en betydelig fortjeneste. Selskabet forudser, at dets syntetiske olie vil give et overskud på omkring $30 pr. tønde, selvom mange analytikere siger, at $45 er mere realistisk. (Det amerikanske energiministeriums seneste prisprognose forudsiger, at råolie vil falde til 47 dollars pr. tønde i 2014, og derefter stige støt til 57 dollars pr. tønde i 2030). vedrørende flere Fischer-Tropsch-brændstofanlæg i samme størrelse eller større i det nordlige Kina, som ville starte op i 2012.

Også Shenhuas kinesiske kulkonkurrenter er allerede ved at bane vejen for deres versioner af kul-til-brændselsanlæg. Yankuang-kulgruppen, den næststørste kulproducent i Kina, planlægger et Fischer-Tropsch-brændselsanlæg nær Erdos, der vil bruge en proprietær forgasser og katalysator.

Ud over de risici, der er forbundet med storstilet anvendelse af uprøvet teknologi, er forgasningsbygningsboomet også et miljømæssigt satsning. Det, der i sidste ende kan bremse Kinas kul-til-olie-ambitioner, er faktisk vand. Kinas Kulforskningsinstitut anslår, at Shenhuas anlæg vil forbruge 10 tons vand for hvert ton syntetisk olie, der produceres (360 gallons vand pr. tønde olie), og forholdet er endnu værre for Fischer-Tropsch-anlæg. Sidste sommer udsendte Kinas Nationale Udviklings- og Reformkommission, det magtfulde organ, der har til opgave at regulere Kinas økonomi og godkende store kapitalprojekter, en advarsel om de miljømæssige konsekvenser af den løbske udvikling af syntetiske olie- og kemiske fabrikker, som den sagde vil forbruge titusvis af millioner af kubikmeter vand årligt.

Den forudsigelse lyder særligt ildevarslende i det nordlige Kina, hvor der er knaphed på vand. Erdos er en blanding af krat og ørken, hvis ringe vandforsyning allerede er overbelastet af befolkningstilvækst og eksisterende kraftværker. Zhou Ji Sheng, der som vicechef for ZMMF, en af ​​Shenhuas Erdos-baserede konkurrenter, søger finansiering til et forgasningsprojekt, erkender, at vandknaphed kan sætte en stopper for kulforgasning i området. Selvom vi har så meget kul, hvis vi ikke har vand, skal vi bare bruge den traditionelle måde – at grave det ud og transportere det, siger han. Vand er nøglefaktoren for, at vi kan udvikle denne nye industri. Zhou siger, at hans firma planlægger at supplere sin vandforsyning ved at bygge en 120 kilometer lang rørledning til Den Gule Flod. Men fordampning fra hydroelektriske reservoirer, den øgede efterspørgsel fra voksende byer og industrier og virkningerne af klimaændringer betyder, at Den Gule Flod om sommeren knap når havet.

Carbon Power

Mens Kinas ønske om at stoppe sin afhængighed af udenlandsk olie er med til at drive enorme kapitalinvesteringer i fortætningsteknologi, bevæger landets elproducenter sig meget langsommere for at drage fordel af kulforgasning. Hvad de, ligesom deres amerikanske kolleger, mangler, er et incitament til at opgradere fra konventionelle kulpulveranlæg til de dyrere forgasningsanlæg. Ifølge Li Wenhua, den tidligere 863-programleder (som nu leder forgasningsforskning i Kina for General Electric), opfatter kinesiske industrifolk pulveriserede kulværker som en licens til at trykke penge. Folk siger, at man ikke skal kalde det et kraftværk; det er en pengemaskine, siger Li. Endnu har ingen elselskaber været villige til at være de første til at trykke på sluk-knappen.

Ironisk nok har Kinas overgang til en mere åben økonomi hæmmet bestræbelserne på at implementere mere innovative teknologier. I 1990'erne så det ud, som om Kinas elsektor var på vej mod sin egen forgasningsrevolution. I 1993 begyndte Kinas førende kraftingeniørfirma, China Power Engineering Consulting i Beijing, at designe landets første forgasningskraftværk. Tidens monopolværk, State Power Corporation, planlagde at bygge det kommercielle anlæg i Yantai, en blomstrende havn ikke langt fra Bohaihavet. Yantai-værket skulle være begyndelsen på en overgang til renere kulteknologi, siger Zhao Jie, fabrikkens designer, nu vicepræsident for China Power Engineering. Kina ønskede at tage en renere og mere effektiv måde at producere strøm på, siger Zhao. I stedet gik det demonstrationsanlæg, hun designede, på en rutsjebanetur til ingen steder. Designarbejdet blev midlertidigt standset i 1994, da omkostningerne ved teknologien blev anset for uacceptabelt høje, genoplivet i slutningen af ​​1990'erne og derefter skåret i drift efter 2002 ved opløsningen af ​​State Power Corporation.

Yantai kraftværket var baseret på integreret forgasning kombineret cyklus (IGCC) teknologi. IGCC-anlæg ligner naturgasfyrede kraftværker - de bruger to turbiner til at fange mekanisk og varmeenergi fra ekspanderende forbrændingsgasser - men er drevet med syngas fra et integreret kulforgasningsanlæg. De er ikke emissionsfrie, men deres gasstrømme er mere koncentrerede, så den svovlholdige sod, kuldioxid og andre forurenende stoffer, de genererer, er nemmere at adskille og fange. Selvfølgelig, når kuldioxiden - den vigtigste drivhusgas - er fanget, skal ingeniører stadig finde et sted at opbevare den. Den mest lovende strategi er at binde den dybt inde i saltvandsmagasiner og oliereservoirer. I foreløbige analyser har kinesiske geologer estimeret, at aldrende oliefelter og grundvandsmagasiner kunne absorbere mere end en billion tons kuldioxid - mere end Kinas kulfyrede anlæg ville udlede, med deres nuværende hastighed, i hundreder af år.

Huaneng Group, en strømproducent baseret i Beijing, har samlet et konsortium af kraft- og kulinteresser (inklusive Shenhua) kaldet GreenGen for at bygge det første kinesiske IGCC-demoanlæg inden 2010; ligesom det relaterede FutureGen-projekt organiseret af det amerikanske energiministerium, skal GreenGen starte med elproduktion og derefter tilføje kulstofopsamling og -lagring. Kinas vicepremier, Zeng Peiyan, optrådte ved GreenGens ceremonielle debut sidste sommer, hvilket indikerer Beijings støtte til projektet.

Problemet er, at IGCC-anlæg stadig koster omkring 10 procent til 20 procent mere pr. megawatt end pulveriserede kulfyrede kraftværker. (Og det er uden kuldioxidopsamling.) Kinas elproducenter – ligesom deres kolleger i USA og Europa – venter på en økonomisk eller politisk grund til at skifte. Til dels er det, der har manglet, regulering, der straffer konventionelle kulværker. Og Kinas miljøagenturer mangler ressourcer og magt til at få virksomhederne til at overholde regler, der allerede er i bøgerne. Topembedsmænd i Beijing indrømmer, at deres edikter i vid udstrækning ignoreres, da nye kraftværker opføres uden miljøvurderinger og ifølge nogle kilder uden nødvendigt udstyr til forureningskontrol.

Selv fortalere for IGCC-teknologi forventer, at dens udbredte udbredelse i Kina vil tage mindst et årti mere. Du Minghua, en direktør for kulkemi ved det kinesiske kulforskningsinstitut, forudser faktisk, at det vil være 2020, før anvendelsen af ​​IGCC-teknologi begynder for alvor.

Venter på at trække vejret

På trods af sådanne pessimistiske forudsigelser giver Kinas store erfaring med avancerede kulteknologier og dets beviste evne til at implementere nye teknologier i et overraskende tempo rigelig plads til optimisme. Når du kører ind i Shanghai med en tredjedel af lydens hastighed på et tog understøttet af et elektromagnetisk kraftfelt, er det svært at tro, at et land, der er i stand til en sådan ingeniørpræstation, vil fortsætte med at ignorere den dødelige forurening, der opsluger dets byer.

For nogle analytikere synes skiftet til ren-kul-teknologi næsten uundgåeligt. Kina er nødt til at stole på kul til fremtidige elektricitets- og brændstofbehov, og det bliver i sidste ende nødt til at begrænse sine CO2-emissioner, siger Guodong Sun, en teknologipolitisk ekspert ved New Yorks Stony Brook University, som har rådgivet den kinesiske regering om energipolitik. Forgasning er en af ​​meget få teknologier, der kan forene disse modstridende scenarier til en rimelig pris.

Alligevel er der meget tvivl om tidspunktet for en sådan teknologiovergang. Vil Kina virkelig vente til 2020 med at starte processen med at rense sine kulfyrede kraftværker? Svaret vil i sidste ende afhænge af, hvornår Kina begynder at føle, at det er lige så presserende at bruge kulforgasning til at generere elektricitet som at bruge det til at producere transportbrændstoffer – når omkostningerne ved luftforurening bliver lige så bekymrende som omkostningerne ved at stole på udenlandsk olie.

Peter Fairley, en Teknologigennemgang medvirkende forfatter, rejste til Kina i oktober.

skjule