上世紀30~40年代中期，受困于沒有石油資源的德國，為了戰爭的需要，開發了基于煤的氣化和合成氣費托合成的“煤制油”（煤間接液化，CTL）技術。1943年高峰期，曾有9座日均產能1300桶（相當于170噸）的CTL工廠，到戰后全部關閉。
CTL油包括合成柴油、合成汽油和合成航空煤油等，其油品質量優于原油提煉的常規油品，燃燒排放尾氣的環境影響也遠小于常規油品。然而到今天為止，除中國以外，國際上只有計劃建造的三四家CTL工廠。特別是美國，擁有全球第一大的煤炭儲量，CTL又曾被密集研發過，已成熟到完全可以商業化的程度。但在過去的30多年中，CTL卻經歷了從密集研發到放棄的過程。個中原因值得我們研究、剖析和借鑒。
煤炭清潔化利用主要途徑
美國曾對CTL作過不少研究
早在第二次世界大戰前，美國就通過了“合成燃油法”，國會批準撥款3000萬美元進行研究。二戰結束后，美國曾從德國購買CTL技術，在得克薩斯州建立一座日產7000桶煤合成油工廠。
上世紀70年代石油危機之后，國會在1980年通過了《合成燃料法》，并建立了合成燃料公司，計劃在5年內達到日產200萬桶的產能。
美國空軍部很早對通過CTL合成航空煤油表示出濃厚興趣，認為是確保其能源安全的一張“王牌”。本世紀初，隨著國際油價再度攀升，空軍部和能源部（DOE）聯手立項資助對CTL的研發，資助額高達80億美元。目標是到2025年，CTL航煤供應空軍燃油的70%。美國國防部也曾在2001年發起過用國產的煤和天然氣生產軍用合成油的計劃。
CTL在美國如能成為產業，會有巨大的資源優勢：美國2006年產煤11.6億噸。只要拿出15%制車用合成油，即可達到日產100萬桶（約合12.5萬噸）的水平；按此比例，總計2700億噸的可采儲量，可支撐日產300萬桶合成油逾90年。
美國對CTL的研發集中于兩種途徑，即氣化-費托合成和氣化-合成甲醇-轉化為汽油（MTG汽油）。費托合成反應技術早在上世紀20年代已成熟；到70年代，美孚研究與發展公司投資研究MTG汽油，到2004年，將每桶油的成本降至35~40美元。
進入到上世紀90年代，國際合成油/氣研發的重點轉向天然氣變油（GTL）。2006年9月16日，在加州愛德華茲空軍基地，舉行了用Syntroleum公司生產的GTL航煤作B-52轟炸機燃油的試飛試驗獲得成功，但煤制費托合成油的CTL最終仍然沒能在美國發展起來。
CTL在美國未能產業化的原因
投資需求過大，是美國曾經建起的一些CTL示范廠因此而資金鏈斷裂、最終關閉的主要原因之一。據報道，每形成1桶合成油產能的投資，需10萬~12.5萬美元（2007年不變價）。建一座日產5萬桶（約合6250噸）CTL油的工廠，需投資36億~60億美元。美國有的學者，曾用“monumental”（極為巨大的）“astronomical”（天文數字的）等詞來形容這種需求。
其次，能源轉化效率相對較低（0.41），也是CTL大規模產業化的一個障礙。據測算，每制成2桶CTL柴油（約250kg）需消耗1噸煤。如要用它替代美國現行車用化石柴油量的10%，需要每年多開采4.75億噸煤，相當于要讓正在努力壓縮煤炭用量的美國擴大煤炭產量近一半。
此外，環境成本過高。首要的是其過高的耗水率，每制成1噸CTL柴油，需消耗5~7噸水。以曾計劃建于蒙大拿州Malmstrom空軍基地的CTL工廠為例。該廠預計年產CTL航空煤油2750噸，但要耗用1400萬噸水，相當于6萬人一年的用水量。
然而，CTL在美國未能發展的根本原因，是它的全生命周期CO2排放量過高。研究表明，比起常規化石柴油，它的CO2排放量要高出160%~190%。如果只計算生產過程的，則CTL要比常規的化石燃油高出20倍。因此，它不符合美國2007年頒布的《能源獨立和安全法》的相關規定。
美國的CTL研發主要是受空軍部支持和資助的。2009年1月9日，美國空軍部正式宣布，放棄Malmstrom空軍基地CTL工廠的建設計劃。有美國學者指出：發展溫室氣體排放率高出常規石油兩倍的CTL，是“不動腦子者”（no-brainer）的主意。
今后可能的發展前景——CBTL
從發展趨勢看，美國業內專家特別是不少科學家認為，煤和生物質混合料制合成油（CBTL）是長遠的發展方向，但必須配合減碳技術所有CO2中。據蘭德公司報告稱，采用煤和生物質（55∶45）混合料制合成油，在制造過程產生的CO2就地封存的條件下，其全生命周期的CO2凈排放量可以為0。同完全采用生物質原料相比，采用易于運輸、貯存的煤也能大大提高經濟效益。
大幅度降低CTL的CO2排放量有兩大途徑：一是將CTL工廠建在油田附近，用在生產過程中收集到的CO2驅油（EOR），可增加原油的提取量，二是捕獲CTL工廠產生的CO2并就地封存（CCS）。但后者還需要進一步研發和完善。
2009年8月，美國科學院、美國工程院和美國國家研究會聯合組建的委員會，發布了大型決策咨詢報告——《美國能源的未來》。報告認為，“第二代生物乙醇”即纖維素乙醇能起到的，將只是某種“過渡性的作用”。更主要的發展方向，將是生物質熱化學轉化的烴類燃油，特別是CBTL。該報告預測，到2035年，纖維類生物乙醇加上CBTL燃油，將達到日產170萬~250萬桶石油當量的產能；加上單獨使用煤轉化的液態烴類燃油，合計約日產500萬桶，可相當于目前美國交通運輸用石化燃料日消費量的35%。
與《美國能源的未來》相呼應的，是蘭德公司在2008年提交的長篇報告《對美國發展煤制油產業的評估》。該報告認為，CTL在碳排放、水資源消耗和煤炭消耗方面的不確定性過大，極大地制約了其產業化。
蘭德公司認為，政府宜將重點放在采用CBTL，加上應用EOR和CCS技術，從而較大幅度地減少CO2排放量，以最終克服產業化的障礙。但是過量消耗水資源的難題迄今無法解決。
蘭德公司的報告建議，政府不要采取像對生物乙醇那樣的高補貼鼓勵政策或其他干預政策，而主張讓市場發揮主導作用和民營企業自行決策。與此同時，政府需要支持從長遠著眼能顯著改進CTL環境和經濟可行性的研究，以及CBTL商業化前期努力項目；并大力支持CCS技術的研究和示范。這些被統稱為一種“穩妥政策”。
借鑒意義
1.美國政府并未因擁有世界上最多的煤礦資源以及有長期研發基礎而不顧減排和環保要求發展煤制油產業，卻仍對減排、環保、提高經濟可行性繼續研究。對CTL，美國政府依法行政，研究先行而不是冒然行動的做法是值得借鑒的。
2.為利用本國豐富煤炭儲量，克服CTL的嚴重弊端，美國提出了更為先進的CBTL技術前景。但設置了產業化嚴格的前提：即必須配合CCS和EOR技術，同時考慮經濟上的可行性。
3.中國煤炭資源儲量和儲采比遠不及美國，且美國煤礦有不少分布于水及生物質資源豐富的中、東部地區，而中國則主要分布在水和生物質資源極缺的西北地區。盡管如此，美國對發展CTL和CBTL仍如此謹慎，中國更需謹慎。
文|程序 中國農業大學生物質工程中心教授 《石油觀察》
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