中國礦業大學低碳能源研究院

中國礦業大學低碳能源研究院引成立於2010年初，是中國礦業大學直屬的專門從事煤炭能源（資源）低碳利用和新能源開發的研究實體，中國礦業大學為加快建設在能源和資源領域具有重要國際影響、特色鮮明的多科性研究型高水平大學，經2009年12月29日校黨委常委會研究，決定成立“中國礦業大學低碳能源研究院”。

低碳能源研究院是中國礦業大學直屬的科研機構，旨在應對氣候變化，促進高能效低排放能源技術的研發和推廣，推動新能源研究，促進高碳能源低碳利用，是一個集技術研發與服務、成果轉化、高層次人才培養、國際合作為一體的高水平研究平台。

研究院是一個集基礎研究、技術研發、成果轉化、技術服務和高層次人才培養、國際合作等為一體的高水平研究平台。在全球面臨能源新革命、學校新百年面臨重大機遇與挑戰等重大背景下，新成立的研究院旨在整合全校相關學科研究資源，推動新能源研究，促進高碳能源低碳利用，保證我校在新能源革命浪潮下的優勢地位，尋求學科新的增長點，實施學校科技發展規劃和人才培養新戰略。研究院現有研發人員16名，計劃兩年內發展到50餘名。現有實驗用房3000平方米，正在建有江蘇省煤基二氧化碳捕集與地質封存重點實驗室、煤地下氣化實驗室、煤低碳利用實驗室、新能源實驗室和碳足跡監測實驗室等。研究院採取以研發團隊為考核實體的新型科研管理模式，設有CCUS團隊、煤地下氣化團隊、碳資源高效利用團隊、生物質能團隊、碳足跡調查、評價與監測團隊、低濃度瓦斯綜合利用團隊、低碳經濟團隊、低碳認證與信息諮詢團隊、太陽能研發團隊等。研究院設有學術委員會和發展戰略委員會，是研究院最高決策與諮詢機構。研究院正以開放、合作的姿態熱忱歡迎國內外大型能源企業、科研院所一起攻關共建，推動我國低碳能源的發展，也願意和國際一流大學、國際大型公司等一起建立低碳能源研究聯盟，共同創造應對全球氣候變化的能源技術。

煤炭能源利用過程中不可避免產生大量CO2等温室氣體。煤炭能源低碳轉化與利用的一個重要途徑就是將這些二氧化碳收集起來再利用或者封存於地下。因此，碳捕獲、利用與封存(CCUS)是一個集理論基礎和技術應用研究於一體的新的温室氣體控制方向。低碳能源研究院CCUS團隊整合了學校水文地質、化學工程、環境工程、電力工程等學科的優勢研究資源，引進清華大學、華東理工大學、浙江大學、中國礦業大學等高校優秀博士。團隊首席專家有秦勇教授、馮啓言教授等。團隊依託“江蘇省煤基CO2捕集與地質封存重點實驗室”，重點對煤層儲存CO2的機理、能力評估和儲存技術、煤炭燃燒前CO2的捕集與提純技術、CO2資源化再利用技術、CO2地質封存安全監測技術以及CO2捕集與封存的經濟、管理與政策等方向開展研究。

煤地下氣化研究在中國礦業大學已有近30年曆史。先後在江蘇徐州，河北唐山、山東新汶、內蒙烏蘭察布、甘肅華亭等地進行了大量半工業、工業試驗。取得了井式“長通道、大斷面、兩階段”地下導控氣化新技術、深冷空分製氧系統製備地下氣化劑新技術、無井式煤炭地下氣化技術等。2010年5月我校在甘肅華庭進行的“礦區難採煤氣化綠色低碳開採與綠色煤電產業化”示範試驗，成功點火運行。日產氣量16萬標準立方米/天，空氣煤氣熱值平均5.45兆焦耳/標準立方米, 水煤氣熱值10.26 兆焦耳/標準立方米。尤其是在地下氣化爐的燃燒可測可控性、產氣優質穩定性、氣流的暢通性和爐體的密閉性等方面都取得了突破性進展。從煤炭清潔轉化與利用角度，將我國數千億噸經濟不可採的以及大量滯留的煤炭採用地下氣化方法變成煤氣，然後發電或者化工利用，是一個非常重要的高碳能源低碳轉化途徑。為此，研究院整合採礦工程、安全工程、地質工程、化學工程等學科的優勢研究資源，引進南京大學、太原理工大學、中國礦業大學的優秀博士形成了“煤地下氣化研發團隊”。首席專家是王作棠教授。團隊重點對煤地下燃燒的催化劑與抑制劑的研發、導控工藝流程的設計與優化、燃燒控制機理、多聯產技術、工業設計等開展重點攻關。主要研究方向包括：

1、煤炭地下導控氣化綠色開採新理論與工藝；

2、基於“三下一上”滯留煤條帶充填氣化開採的岩層控制理論及技術；

3、煤炭地下導控氣化過程測控技術研究；

4、煤炭地下導控氣化工程技術裝備研究；

5、煤炭地下導控氣化工程技術經濟研究；

6、煤氣甲烷化與發電的能源化工多聯產新技術。

隨着新的可再生能源的不斷開發，從長遠看化石能源在我國能源結構中的比例將逐漸減少。煤炭的能源屬性弱化的同時，其資源屬性將強化。碳資源高效低碳利用研發團隊整合學校化工學院、材料學院和有關重點實驗室的優勢資源，引進了日本、加拿大和美國等發達國家相關領域的高端人才及南京大學、清華大學、大連理工大學及太原理工大學等高校畢業的優秀博士。團隊首席專家是魏賢勇教授。團隊致力於用可分離和非破壞性或輕度破壞性的方法從分子水平上揭示重質碳資源中有機質的組成結構，在此基礎上開發温和條件下重質碳資源中有機質的定向轉化和反應混合物精細分離的新工藝，以期實現重質碳資源中有機質的高附加值利用，形成相關技術的產業鏈。主要研究方向包括：

1. 煤中有機質的組成結構分析和定向轉化

2. 煤焦油、煤液化重質油和殘渣及重質石油的精細分離

3. 瀝青基高性能炭材料的製備和功能性大分子的合成

4. 生物質的温和解聚和高附加值利用

5. 藥用植物中生物活性成分的分離和分析

儘管我國人多地少，發展生物質能受到一些限制，但是我國土地農業利用率高，每年生產大量農作物副產品如秸稈等是生物質能的主要原料。目前國際生物質能研究的熱點是：具有可選性和總體效益的高級生物質能轉換技術的開發、生物燃料在燃燒與熱力過程中的轉化機理、生物燃料的理化特性對可靠性的影響、生物質能轉換設備、可靠與低成本的能源作物、新的生物制煉技術、新一代交通使用的生物燃料等。低碳能源研究院生物質能研發團隊整合化工學院、環境與測繪學院等的相關優勢資源，引進日本、挪威等國家高級專業人才。首席專家是宗志敏教授。主要在生物質的温和解聚和高附加值利用、藥用植物中生物活性成分的分離和分析等方面展開研究。

碳足跡(Carbon Footprint)通常也被稱為“碳耗用量”，是一個用於描述某個特定活動或機構產生温室氣體（GHG）排放量的術語，它是評價部門、行業或企業、個體排放的温室氣體對氣候變化貢獻的一個國際通用指標。其中的“碳”，就是石油、煤炭、木材等由碳元素構成的自然資源，“碳”耗用的越多，排放二氧化碳也越多，“碳足跡”就越大；反之，“碳足跡”就越小。由此可見，碳足跡是一種新的用來測量因消耗能源而產生的二氧化碳排放對環境影響的指標。

煤炭生產的碳足跡應該如何科學測算？碳足跡應該包括哪些內容？研究院的碳足跡調查、監測與評價研發團隊主要研究煤炭開採地表植被破壞和土壤擾動的碳足跡當量計算方法；煤炭開採中甲烷等温室氣體排放量測算方法；煤炭加工中碳足跡計算方法；碳足跡監測技術等。團隊首席專家是張紹良教授。

這裏的低濃度瓦斯主要是指礦井風排瓦斯。瓦斯的温室效應是二氧化碳的21倍，因此將這些低濃度瓦斯收集、提純並利用起來，對減少煤礦的碳足跡作用十分明顯。低濃度瓦斯綜合利用研發團隊整合安全工程、煤礦瓦斯治理國家工程研究中心、化學工程、電力工程等優勢研究資源，針對乏風瓦斯的採集、提純、運輸和綜合利用等的關鍵技術難題展開研究。該團隊正在組建中。

新能源研究所由中國礦業大學材料、物理、化學、機械、熱能、電子、光學等學科共同組建。主要研究方向包括高純多晶硅材料、高效多晶硅材料、光伏能源關鍵技術、薄膜太陽能電池、生物質能源、風力發電技術等。研究所與德國RWE公司、烏泊塔爾大學，英國諾丁漢大學、伯明翰大學，美國明尼蘇達大學、俄亥俄州立大學保持緊密合作關係。研究所目前承擔“973”、“863”、“十一五”科技支撐計劃、國家自然科學基金重大項目等研究課題多項，同時為中能硅業科技發展有限公司提供重要技術支撐。

節能減排研究所由中國礦業大學地質、安全、化學工程、環境工程、地球物理、電氣工程、採礦工程等學科共同組建。主要研究方向為煤層氣抽採與利用技術、二氧化碳捕集與儲存技術、矸石充填採煤技術、呆滯煤炭資源再開採技術、煤炭地下氣化技術等。研究所與德國RWE能源公司、波鴻工業技術大學、DMT公司，澳大利亞昆士蘭大學、聯邦科學研究組織（CSIRO）、西澳大學，美國西弗吉尼亞大學、肯塔基大學，波蘭煤炭科學院、西里西亞工業大學保持着緊密的科研合作關係。研究所目前承擔國家“973”、“863”、國家科技重大專項、國家“十一五”支撐計劃和國家自然科學基金重點項目等科研項目。

礦區態環境研究所由環境、測繪、採礦、地質、岩土工程、資源與城鄉規劃、建築、景觀設計與管理等學科共同組建，主要從事礦區礦山生態遙感監測技術與理論、礦山生態風險評價、礦山生態演替過程模擬和演替規律、礦山生態修復新技術開發與推廣應用、礦山生態修復政策以及礦山可持續發展等方面的研究。同時，研究所為礦山企業和國土資源管理部門提供相關技術支持和教育培訓。研究所與德國波鴻工業技術大學、柏林工業大學、亞琛大學、萊布尼茲生態環境研究所，美國北卡羅萊那大學，加拿大多倫多大學、滑鐵盧大學和西安大略大學保持親密合作關係。研究所目前正在承擔國家“863”、“十一五”科技支撐計劃、國家自然基金項目等科研項目。

煤基CO2捕集與地質儲存重點實驗室面向江蘇省燃煤產生的温室氣體減排和控制所需的重大高新技術需求，針對燃燒前CO2捕集、分離與提純以及CO2在地質環境儲存的重大地質科學與工程技術問題，大力推進條件建設和能力建設，使重點實驗室總體居於國內領先水平，基本形成申報國家重點實驗室的能力。搭建高起點的CCS研究與高層次專業人才培養平台，大力培養和引進能夠跟蹤國際發展前沿、具有較強科技創新能力的人才，建設一支在國內同學科領域具有強大學術影響力的創新團隊。

主要研究方向：

CCS技術體系十分龐大，牽涉到物理、化學、地學、工程等眾多領域，江蘇省煤基CO2捕集與地質儲存重點實驗室主要依託中國礦業大學的研發優勢，在燃燒前捕集和地質儲存兩大領域、三大方向重點攻關。

(1)煤基CO2燃燒前捕集關鍵技術體系

煤基CO2燃燒前的捕集思路是通過煤的氣化生成H2和CO2，H2直接用於燃燒，CO2則捕集起來，所以重點實驗室將通過煤基分解化學過程、合成氣體理化性狀等的基礎研究，重點研發低温煤脱硫、降灰和氣化一體化集成工藝，達到提高煤熱值利用率、獲得較高純度CO2的目標；同時重點研發低温製冷捕集CO2技術，形成一套完整的捕集技術方案。

(2)CO2地質儲存關鍵技術體系

CO2地質儲存的關鍵技術包括處置場所的地質評價、處置量評估、CO2注入技術以及深部含水層/煤層/油田處置CO2的多物理過程的模擬等。該研究方向的目標是形成一套地質處置場所評價指標體系、CO2儲存量估算標準與規範、CO2灌注井施工技術、管道、井孔及設備防腐技術、防堵防垢技術、灌注關鍵技術及相關參數等；開發深部含水層/煤層/油田處置CO2的多物理過程的模擬系統和地下CO2環境演化模擬系統。

(3)CO2地質儲存狀態監測技術體系

該研究方向的目標是將地震法、電磁法、電阻率法等地球物理探測技術和遙感技術結合起來用於CO2的穩定性探測，形成一套完整的監測體系。