2023年11月16日，2023无烟煤产业大会暨无烟煤产衔接会在山西晋城举行。中科院碳材料重点实验室副主任陈成猛进行《无烟煤在碳基新材料领域应用优势》主题演讲。
陈成猛表示，炭材料的战略意义和价值升级是非常重要的，现在国际形势不是特别客观，供应链可控，核心材料，炭材料领域都需要重点考虑。
以为下演讲全文：
陈成猛：尊敬的各位朋友，大家上午好！非常荣幸来参加咱们这个无烟煤的产业大会，刚才听了张书记的演讲我是非常有感概，我本科是在中国矿业大学矿业加工专业，当时从矿大毕业以后就选择了考研究生又去了中科院的山西煤炭化学研究所，当时的理想就是煤炭是不是只能做一些化工？有没有一些出路？然后又到中科院读硕士和博士，一方面是化石的燃料，另外一方面就是一种化工原料，同时也是一种含碳的，谈材料来讲特别喜欢用煤炭，下一步的一些焦化的一些产品，从06年到现在也在这个行业从煤基碳取得了一些成果，给大家汇报一下，特别是电化学储能这块，这里面依然离不开炭材料。
我们这个单位和白进都是属于中国科学院山西煤炭化学研究所，我们是不同的实验室，煤化所我们是山西唯一的研究所，一个事情就是煤炭的高效利用，煤炭的综合高效利用，还有炭材料，其实在以前这个煤化所这两块没有转化的实验室和炭材料试验室相对来讲也是存在各做各的，大家感觉融合的并不是很好，这几年煤化所这两个方向也在融合，煤炭也连接起来了，这是我们最近这5年煤化所开展的大的工作。
我这个课题组是一个年轻的课题组，是2012年随着我们新能源的崛起，所里面也意识到我们炭材料在锂离子电池、钠离子电池作为电极材料是不可替代的，炭材料进一步就推动我们电化学行业的进步，就组建了这样的一个课题组，任命为我课题组长，我博士毕业就当这个课题组长我压力也很大，怎么去做？当时在2012年的时候新能源行业属于爆发期，那个时候和现在来看增长了4倍都不止，我们很难预测为什么新能源短短10年间能够塑造万亿市值？百年为由之大变局，我们正在经历这个过程，锂离子电池这个行业又带动了上游碳素、电解铝、锂矿、化工、高分子等行业的重塑和变革，也推动了一些行业的衍生出一些新兴的发展方向。
我们团队从实验室到中试到产业化我们也有一些比较有力的尝试，推动我们把样品做成产品，把产品做成商品，同时能够实现从原料到材料到器件到终端应用的创新，能够更好的对接我们的产业链，比如说我们在石墨烯领域煤也可以做石墨烯，但是用无烟煤通过石墨化做成人造石墨，可以做成石墨烯的，但是从经济上并不是很划算的，我们做石墨烯的话可以用天然石墨。但是无烟煤往活性炭、超级炼容器是有效的路径，当然石墨烯也是可以做，但是我们并不推荐用煤做产业化，但是电容炭是可以的，我们到底能不能用无烟煤？或者高纯的低灰煤替代石油焦做电容炭？我们现在从实验室到中试到终端做了8年的时间，这条生产线已经建成投产了，就在太原。我们也可以开发储能器件，超级电容器，我们也面向南方电网、国家电网、华南能源的企业，调频的需求去开发这种新型的储能器件，依托我们自主可控的炭材料，我们也面向空间做一些特种的电源，我们也在南网有很多产品，包括卫星上我们也做一些电源，这些利用中科院的研发方面的优势和特色做一些比较高精尖的事儿，但是我们落实回来觉得煤炭是一个大宗的产业，行业规模很大，还是要做一些大规模的储能、动力电池，才能使煤基碳的储能做起来。
我们会发现炭材料很神奇，推动我们科技进步的一个非常重要的元素或者一个材料，从我们用木炭取暖到青铜冶炼，到我们焦炭的出现带动了我们钢铁行业的进步，我们又从青铜器时代进入了铁器时代，到我们今天的工业我们有一些石墨电极、电刷等等，其实我们有电的地方一定会有炭，我们现在炼钢用的高功率石墨电机，还有碳纤维，碳纤维也有分的，实际上还有一种非常有特色的碳能源但是用在我们煤沥青，日本人拿了我们中国做的煤焦油，然后里面煤沥青通过提纯、调制、改性做纺丝，一公斤的价格8-10万，就是我们认为煤基炭最贵的，慢慢也在找到它的利润的空间。
这个是炭材料的全景图，煤炭或者煤沥青以及石油石化的石油沥青是我们做炭材料最重要的原材料，特别是沥青是我们炭材料非常重要的，我们做储能炭、多孔炭、纳米炭、金刚石，我们煤炭也是远古时期的生物，通过大自然地壳的加工不断的富集，从本质的逻辑上讲，但是这些炭材料无论从国家的战略需求还是我们生命健康这里已经渗透到生产生活的方方面面了。当然这一块我们并不乐观，中国也是碳素大国，我们每只活性炭、炭黑、石墨电极在全球应该是遥遥领先的，产能过剩。但是高端的像高排号的碳纤维，还有特种炭黑我们又被卡脖子，比如说第一梯队应该是日本，以东立公司在细分赛道上他们都是属于冠军的，有很多还是对华禁止的，包括在美国和欧洲，西德里公司，炭黑百年企业，中国所有的炭黑企业加起来都不如卡波特一家，还是需要科技上要突破，这个东西如果不突破比较严重，我们航空航天、装备、半导体、医药等等这些领域有很多细分领域的炭材料要么需要国产替代，要么需要再进一步的技术升级，炭材料的战略意义和价值升级是非常重要的，现在国际形势也不是特别客观，供应链可控，核心材料，炭材料领域也是非常重要的，需要重点考虑的。
说一说能源，这个背景也是整个煤炭行业倍感焦虑的行业就是能源革命，双碳目标，碳中和，光伏、风电、核能等等新能源大量的上，成本不断的下降，逐步的在侵占我们化石能源的空间，石油还比较稳定，基本保持不变，但是过去的十年期间煤炭占比下降了13%，但是我想说的是我们如果把煤转化为碳就可以给煤替换一个赛道，以更全新的面貌去助力新能源产业的高质量发展，还可以作为里面的核心材料，不管怎么样我们光伏也好，风电也好能源跟火电相比不稳定，这个储能是非常重要的，我们会发现储能里面大量都是电池，除了抽水蓄能，还有少数物理储能之外，大部分都是化学储能，这些电池我想说的是都离不开炭，我们统计了电化学储能，基本上都是炭材料的发展演变，从煤炭、沥青、石墨、高分子、生物质，如果要上大规模储能的话也面临钠电，还有包括里面的炭黑、煤焦油也可以做，还有石墨烯、纳米碳纤维、铅酸电池里面也有铅碳电池，也需要通过炭材料的增加实现技术的迭代，延续它的生命，燃料电池里面很多的炭还面临卡脖子的问题，碳纤维的，柔性始末，高压储氢瓶，所以这个含碳的通过我们的转化成为原料，就可以为下一步的新能源电动汽车、智能电网、交通电动化、新能源赋能，提供底层的支撑，我们可以实现材料端固碳+应用端减碳，助力碳中和。
习总书记也在考察山西、山西，晋陕蒙都在强调煤炭高端化、多元化、低碳化，要原料化和材料化，就是一些政策，我们要做的话我们就要分析煤基炭的可行性，我们想用煤来做，但是煤随着辨识程度的增高，不同程度的煤做炭材料的时候都有它的用途，包括无烟煤、褐煤、烟煤都有不同程度的作用，所以我们做材料而言的话煤炭不仅仅是化石燃料，也不仅仅是原料，作为新材料的来看这个煤是不一样的，我们终端的用户也不仅仅是电厂，不仅仅是钢铁、化肥、焦化，如果用户不变没有办法，终端用户要变成华为，自然煤炭就没有办法比。我们也建设了中试线，也做了很多的尝试，大家有思维定式，用煤做炭材料是比较困难的，煤里面材料比较复杂，我觉得整个来讲煤炭行业和炭材料领域是割裂的，但是实际上真正联通起来是没有问题的，包括我们把材料可以做成器件，我们也能够具备这种器件的能力，把我们材料形成一个系统解决方案。
今天是无烟煤大会，举个例子，我们收集了全国主流的无烟煤产地的十余种的无烟煤，辨识程度还是不一样的，我们有一个想法作为材料来讲我们不关注你发热是5000还是7000，我们关注的是化学成分，硫要低一点，越纯越好，和我们选煤的过程中，原来我们没有这个需求，给了电厂人家不要，但是实际上对于我从矿大选矿系毕业来讲我觉得解可以把煤炭的纯度或者灰分降到很低，剩下的部分继续做动力煤，这是我觉得如果我们材料做起来推动我们选煤技术的迭代和升级，出了一个炭材料用煤形成一个新的方式，里面有磁铁矿，我们对于选煤的环境要求就严格一点，就要严格起来，这些煤通过无烟煤做成超净煤以后，一个高温提纯的过程，我们可以把灰分达到0.03%这样的数量级，高温下3000度基本上残余的灰分和杂质都没有了，所以这不是太值得担心的问题。
当然我们也做了一些负极材料，用山西的无烟煤做的，我们5C比1C，5C相当于12分钟，1C是一个小时，12分钟快充模式和1C的20分钟的模式，无烟煤多端都可以陷入到石墨里面去，我们发现煤做高倍率特性的新型的领域电池负极材料非常有优势，同时无烟煤的成本肯定比石油焦要低，所以我们还有一个降低，也做了一些测试，还有焦作的煤，中间过程中工艺改进，不是简单的对力度，里面的工序也比较长，把无烟煤做成负极材料不是那么容易的，这里面每一步都体现了护城河，但是里面的微量元素我们要主义，原来传统的动力煤、焦化来讲的话，对于煤的原料的目标体系是不一样的，当然我们做的要形貌要在8微米的颗粒，灰分也可以降低到0.02%，做成始末，过程中的一些对比，包括我们延长石墨化的时间，这样的话我们动力学特性下降，我们可以做到355以上是没有问题的。我们现在也在和华阳集团合作建成了一个百吨级的无烟煤做负极材料的一个中试线，但是已经开始调试运行了，上个星期刚刚烧了10来吨的无烟煤，最近监测数据出来客容量也在355以上。
还有一个东西可能就是用无烟煤，要用低级的煤来做更好一些，用无烟煤还是偏软一点，钠电也是目前最火的赛道，因为这里面就不是用这个石墨了，如果把低阶的煤进行热固性的，分子结构锁定了以后再进行碳化就变成硬炭，这两种碳的结构一个是高度扭曲，都可以通过化学的转化可以实现。但是硬碳和石墨就不一样，钠离子电池可以达到3万以上的客容量，但是对于石墨来讲不太容易，我们现在也攻克了，煤也是成本低，可调控，用的是新疆煤，也完成了10吨级的中试，我们现在产品也交给了用户去评测，这个也是一个替代，因为硬炭没有时间，但是石墨不一样，这个硬碳还是被卡脖子，这是基础和保障，我们现在也能够做到客容量300以上。
这个材料我们也在浙江湖州转化了，成立了一个公司，先做一条年产千吨，同时我们也和下游的用户建立了密切的合作关系，我们一直在做锂电、钠电的炭材料，我们都有长期的合作关系，有很多材料他们也很期待，包括无烟煤做高功率的人造负极我们非常期待。还有国产的硬碳负极材料都是下游用户非常期盼能够尽快实现产业化和商业化的材料，大概有24家用户，这是挺重要的。
还想提一点，山西是一个焦化大省，我们无烟煤的储量非常大，占到全国的41%，焦化里面煤焦油、沥青可以做的东西多一点，还有一些除了无烟煤可能还有一些焦炭的，具体我不详细说了，这个东西可能比无烟煤更宽一点，可以做的东西更多，包括刚才说的碳纤维、特种石墨、储能材料、硅炭等等，高性能沥青基碳纤维10-20万元/公斤，高端沥青基球形活性炭，100-130万元/吨，大尺寸高纯度静压始末20-25万元/吨。
我们也牵头制定了一系列的国家标准补，大概9项，获得了去年的IEC国际电工委员会的表彰。我们主要战略依托中科院科研国家队的基础研究优势，特别是煤化所又偏工程，实现说的清、做得好、用得上的跨越，从样本做成商品，推动煤炭产业的高质量发展和转型升级。
最后感谢各位专家，请大家批评指正，谢谢！
