能源是现代经济社会发展的基础。在人类的能源利用经历了从薪柴时代到煤炭时代，再到油气时代的演变过程中，现阶段，中国仍然以煤炭作为最主要的能源资源，并且这种状况还会持续很长一段时间。中国人口众多，作为发展速度最快的发展中国家，能源问题的重要性尤其突出。中国能源面临三大问题：人均能源消费水平低、能源需求增长持续时间长与国内能源资源供应严重不足的矛盾；大量进口石油天然气与能源供应安全的矛盾；油气资源不足、必须大量使用煤炭与环境保护和减排温室气体的矛盾。这三大矛盾都与煤炭资源的利用密切相关。江泽民同志在“对中国能源问题的思考”一文（上海交通大学学报，Vol42（3）（2008）：345-359）中指出：“煤炭是中国最重要的能源，生产消费的数量大、比重高，替代有难度。实现煤炭安全、高效、清洁、环保和可持续发展，具有重要意义。”

　　另一方面，人类发展依赖的能源资源，无论是薪柴还是煤炭、石油和天然气等化石资源，主要由碳、氢、氧组成。从薪柴到煤炭、石油、天然气，其中的氢碳比（H/C）分别是薪柴0.07、煤炭0.7、石油1.8、天然气3.5，碳含量逐渐下降，氢含量依次提高。显然，以煤炭为主要资源的能源结构，就不可避免的会产生大量温室气体CO2。因此，高碳能源的低碳利用也是目前备受关注的课题。

　　煤炭作为一种在地球上蕴存了百万年乃至上亿年才形成化石资源，必须经过挖掘开采、物理加工、化学转化才能为人类所使用。其中物理加工是化学转化的基础，化学转化才是煤炭最终的利用途径。有效的物理加工是改善煤炭清洁利用的途径之一，优化和改善煤炭化学转化方式是实现煤炭高效利用的主要途径。多年来，中国一直致力于发展洁净煤技术。在煤炭开采过程中，同时进行煤层气的开发和利用，地质灾害防治、矿区和周边环境保护等；在煤炭燃烧之前发展的物理加工与化学转化技术，包括选煤、水煤浆、型煤、动力配煤和煤炭焦化、煤炭气化（含煤炭地下气化）、煤炭液化等；在煤炭燃烧过程中发展了燃中处理及集成技术，包括低污染燃烧、燃烧中固硫、流化床燃烧、循环流化床燃烧、增压流化床燃烧；以及煤炭燃烧后的处理技术，包括烟气净化、灰渣处理等。所有这些技术的发展，旨在减少污染和提高煤炭的利用效率，使煤炭作为一种能源达到最大潜能的利用而排放的污染物控制在最低水平，都有助于推进煤炭的高效、洁净利用。但是，即便如此，中国煤炭的平均利用效率只有33%，环境污染的压力依然很大。要想从根本上缓解煤炭利用过程中的相关问题，还需要思考和发展新的技术途径。

　　在中国煤炭的消费结构中，75%是通过燃烧的途径来使用的，即作为燃料用来发电或者工业锅炉和民用燃料等，20%用来炼焦制备焦炭，5%通过气化用于化学合成工业。通过煤炭燃烧把煤炭中的化学能转化为热能是利用煤炭能源的最基本的途径，之后人们或者直接利用热，或者进一步把热能转化为电能。火力发电是中国电源结构中最主要的电力来源，占整个电力市场75～80%的份额。但是通过燃煤发电，煤炭的利用效率很低，只有33%。整体煤气化燃气蒸汽联合循环( Integrated Gasification Combined Cycle ,IGCC) 技术，发电的燃料利用效率可能达到50 %以上，而且可以减少污染物排放，并为CO2 碳封存提供技术基础。以此为基础，在煤气化和燃气蒸汽之间添加固体氧化物燃料电池（SOFC）发电系统，整体气化燃料电池系统（Integrated Gasification Fuel Cell System，IGFC）发电技术燃料利用效率可能达到80 %以上，同样可以实现减少污染物排放和CO2碳封存。从煤炭消费的总体结构考虑，还可以将IGFC中的煤气化气源扩充的地下气化煤气、煤炭炼焦过程中副产的焦炉煤气、以及煤炭开采过程中伴生的煤层气，这些气体的主要组成成份是一氧化碳（CO）、氢气（H2）、甲烷（CH4），三种气体合计为80%以上。这种组分的气源是不需要经过燃烧而直接通过电化学反应方式将燃料的化学能一步转化为电能的固体氧化物燃料电池发电系统的最合适的燃料，这种化学能到电能的一步转化方式是提高燃料利用效率的最有效途径。通过化学转化方式的改变来提高煤炭的利用效率是实现煤炭高效利用的有效途径和保障，这也是实现中国煤炭零排放中的最关键技术，应当予以高度重视，加大开发力度。
图1给出关于实现中国煤炭零排放相关技术的思考。

　　从煤炭开始，通过煤炭焦化、煤炭气化（含煤炭地下气化）、包括开采或者副产的煤层气到煤炭相关气体的转化过程，是成熟的或者已经有示范工程的工业技术；从煤炭开始，通过直接液化（神华集团）和间接液化（神华集团、潞安集团）到煤制油的转化过程，也是有示范工程的工业技术；这些煤炭相关的气化和液化产品可以作为合成化学品的原料，但更主要的是用作发电的燃料。以这些燃料为基础，通过分离技术可以分别获得CO2和H2，还可以联合SOFC发电的同时获得CO2和H2，最终获得高效率发电，低成本制氢和CO2集中回收处理。在图1中最右边方框内的内容是在整合工业现有技术的基础上，目前迫切需要发展的技术，也是世界范围内以煤炭为基础发展高效、洁净利用技术的核心，是目前实现煤炭零排放相关技术中的研究热点和亟待突破的关键技术。

　　另一方面，从煤炭开始，在煤炭开采过程的伴生矿和尾矿，煤炭物理加工过程的尾矿，煤炭化学转化过程中的灰和渣等固体废弃物地综合治理，是实现煤炭洁净利用的重要方面，是发展以煤炭为基础的循环经济模式中必须妥善解决的问题。

因此，煤炭高效、洁净利用的最有效途径是发展煤炭多联产集成技术，尤其是集合了最前沿的燃料电池发电技术的IGFC集成技术，是实现煤炭零排放的关键。