趙 杰,李昌建,袁向華

(天津市環(huán)境保護科學(xué)研究院,天津 300191)

淺談我國二氧化碳減排途徑及對策

趙 杰,李昌建,袁向華

(天津市環(huán)境保護科學(xué)研究院,天津 300191)

在分析二氧化碳減排途徑的基礎(chǔ)上,分析了我國在節(jié)約能源、改變能源結(jié)構(gòu)和二氧化碳埋存等方面的減排潛力,進而提出減排對策。

溫室效應(yīng);二氧化碳;減排;途徑;對策

1 溫室效應(yīng)與全球二氧化碳減排

1.1 溫室效應(yīng)與全球變暖

溫室效應(yīng)是由地球、大氣層和太陽相互作用而產(chǎn)生的。大氣中的二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟碳化物、六氟化硫等氣體會吸收紅外輻射,既可以讓太陽輻射通過又能阻礙地球熱量的發(fā)射,使地球與外層空間形成一個巨型溫室,大氣被加熱,地球變暖,這種現(xiàn)象就是溫室效應(yīng),產(chǎn)生這種效應(yīng)的氣體被稱為溫室氣體。

溫室效應(yīng)是地球生命演化的必要條件。但是,溫室氣體排放過多,造成全球逐步變暖,也會產(chǎn)生諸多氣候與環(huán)境問題。由于全球變暖,冰原融化使海平面升高,沿海地區(qū)將受到威脅,低洼地帶將出現(xiàn)洪水。日本有學(xué)者研究認為,全球氣候變暖會對農(nóng)作物生理和生育狀況、生長環(huán)境等產(chǎn)生影響,將增強土壤中微生物的活性,增加對作物危害的可能性。

1.2 全球應(yīng)對溫室效應(yīng)的行動

為應(yīng)對全球變暖,1990年 12月 21日聯(lián)合國第 45屆大會通過了第 45/212號決議,決定設(shè)立氣候變化框架公約政府間談判委員會,正式啟動《聯(lián)合國氣候變化框架公約》 (UNFCCC)的談判進程。該公約僅規(guī)定發(fā)達國家應(yīng)在 20世紀末將溫室氣體排放恢復(fù)到其 1990年的水平,沒有為發(fā)達國家規(guī)定量化減排指標。1997年 12月,149個國家和地區(qū)的代表在日本召開了《聯(lián)合國氣候變化框架公約》締約方第三次會議。會議通過了旨在限制發(fā)達國家溫室氣體排放量以抑制全球變暖的《京都議定書》。議定書為 39個 OECD (經(jīng)合組織)國家或國家集團和一些處于經(jīng)濟轉(zhuǎn)型期的國家規(guī)定了二氧化碳等 6種溫室氣體減排的指標。2005年 2月,《京都議定書》正式生效?！毒┒甲h定書》中規(guī)定,在 2008年至 2012年間,上述國家溫室氣體的排放量要比 1990年的排放水平減少5.2%,如果不能完成減排承諾,將受到相關(guān)經(jīng)濟制裁。議定書對發(fā)展中國家沒有提出指標要求。

2007年 12月,《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第 13次締約方大會和《京都議定書》第 3次締約方會議在印尼巴厘島舉行,會議達成了“巴厘路線圖”,明確規(guī)定所有發(fā)達國家締約方都要履行可測量、可報告、可核實的溫室氣體減排責(zé)任,并強調(diào)了減緩氣候變化、適應(yīng)氣候變化、技術(shù)開發(fā)和轉(zhuǎn)讓、以及資金等四個方面的問題,要求在 2009年完成談判達成一份新協(xié)議,新協(xié)議將在《京都議定書》第 1階段承諾 2012年到期后生效,為解決2012年后全球應(yīng)對氣候變化國際合作和進一步減排奠定了基礎(chǔ)。

2009年 12月,聯(lián)合國氣候變化大會在丹麥哥本哈根召開,大會發(fā)表了《哥本哈根協(xié)議》,決定延續(xù)“巴厘路線圖”的談判進程,授權(quán)《聯(lián)合國氣候框架公約》及《京都議定書》兩個工作組繼續(xù)進行談判,并在 2010年底完成工作。此次會議雖未達成具有法律約束力的協(xié)議,但其保持了“巴厘路線圖”的授權(quán),發(fā)展中國家的核心利益主張得到了充分體現(xiàn),為下一步談判奠定了基礎(chǔ)。

1.3 我國應(yīng)對氣候變化的態(tài)度

我國政府始終堅持《京都議定書》中提出的“共同但有區(qū)別的責(zé)任原則”,在哥本哈根會議召開之前,就確定了 2020年我國控制溫室氣體排放的行動目標——單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降 40%～45%,并決定將其作為約束性指標納入國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中長期規(guī)劃,這足以體現(xiàn)我國碳減排的決心。因此,研究我國二氧化碳減排途徑,分析減排潛力,有針對性地制定減排對策極為重要。

2 二氧化碳減排的主要途徑分析

2.1 源頭控制

二氧化碳的來源主要是礦物燃料燃燒過程(煤、石油、天然氣等)和工業(yè)生產(chǎn)過程 (如水泥、鋼鐵和電解鋁的生產(chǎn)過程)的產(chǎn)生和排放,其中礦物燃料燃燒是中國二氧化碳最主要的排放源,占總排放的 90%以上。因此,控制礦物燃料燃燒過程產(chǎn)生的二氧化碳是源頭控制的重點,主要包括兩個方面的途徑:一是節(jié)約用能,提高能源利用率和轉(zhuǎn)換率;二是采用燃料替代,大力發(fā)展低碳的化石燃料、可再生能源和新能源。

2.1.1 節(jié)約能源

節(jié)約用能,有效的提高能源的利用率,是減少二氧化碳排放的重要途徑。近年來,美國、歐盟、日本等國紛紛提出了有關(guān)節(jié)能的政策目標。如美國于 2005年提出對使用節(jié)能電器和節(jié)能建材的居民減免稅收;歐盟提出到 2020年節(jié)約能耗 20%的目標;日本提出到 2030年之前將 GDP的能耗減少30%。我國在“十一五”規(guī)劃中也提出了 “十一五”期間單位 GDP能耗降低 20%的約束性指標。

我國能源利用率僅 33%,比發(fā)達國家低近約10個百分點,其中電力、鋼鐵、有色金屬、石化、建材、化工、輕工、紡織等 8個行業(yè)主要產(chǎn)業(yè)的單位能耗平均比國際先進水平高 40%。近年來,隨著建筑總量的不斷攀升和居住舒適度的提升,建筑能耗呈急劇上升趨勢,建筑耗能已與工業(yè)耗能和交通耗能并列,成為我國三大 “耗能用戶”。我國建筑平均能耗是發(fā)達國家的 2～3倍,建筑相關(guān)能耗約占全社會總能耗的 30%,其中最主要的是采暖和空調(diào),占到 20%。據(jù)統(tǒng)計,到 2020年,如果我國能夠?qū)崿F(xiàn)建筑節(jié)能 65%的總目標,由此而減少的二氧化碳排放量相當于英國二氧化碳排放量的總和。因此,相對于發(fā)達國家,我國節(jié)能潛力很大,通過節(jié)能降耗的方式減少二氧化碳排放比較容易實施,且具有較好的經(jīng)濟性。

2.1.2 調(diào)整能源結(jié)構(gòu),大力推廣使用低碳或無碳燃料

當前,發(fā)達國家正積極研究采取石油替代戰(zhàn)略。美國的“先進能源計劃”提出,“在替代能源和清潔能源方面的研究投資增加 22%,最終目標是爭取到 2025年替代 75%從中東進口的石油”。歐盟鼓勵生物乙醇和生物柴油代替石油作為運輸燃料。日本重點發(fā)展燃料電池、核電和生物燃料。中國于 2007年頒布的《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》中提出加快發(fā)展核電、可再生能源和大力發(fā)展水電的多元化戰(zhàn)略。

我國的水能、太陽能、風(fēng)能等可再生資源豐富且分布廣泛。根據(jù) 2003年全國水力資源復(fù)查成果,全國水能資源技術(shù)可開發(fā)裝機容量為 5.4億 kW;我國生物質(zhì)資源可轉(zhuǎn)換為能源的潛力約 5億 t標準煤;全國陸地可利用風(fēng)能資源 3億 kW,加上近岸海域可利用風(fēng)能資源,共計約 10億 kW;全國 2/3的國土面積年日照小時數(shù)在 2200h以上,屬于太陽能利用條件較好的地區(qū)。但是,我國可再生能源利用率不高,開發(fā)利用總量僅占一次能源消費總量的7.5%。由于技術(shù)等方面原因,潛在的可再生能源一直沒有得到有效開發(fā)。因此,加大技術(shù)引進和開發(fā)的力度,可再生能源利用潛力巨大,減排二氧化碳的前景廣闊。

2.2 末端控制

二氧化碳的末端控制是指將二氧化碳從化石燃料的利用中分離回收并加以封存。二氧化碳雖是對環(huán)境有嚴重影響的溫室氣體,但同時也是與人類生存密切相關(guān)的基本碳資源。自然界中,通過綠色植物的光合作用固定二氧化碳是合成有機物質(zhì)的起始點,也是迄今為止回收和凈化的主要手段。只是當前人類對化石燃料的過分使用,導(dǎo)致二氧化碳的排放速度超過了其自然凈化能力。因此,各國尤其是發(fā)達國家紛紛投入大量資金進行二氧化碳回收利用技術(shù)的研發(fā)。近年來,二氧化碳的捕獲和埋存技術(shù)正逐漸受到國際重視。

2.2.1 二氧化碳捕獲

針對化石燃料燃燒中產(chǎn)生的二氧化碳,人們現(xiàn)在已經(jīng)掌握了三種最主要且安全可行的技術(shù)路徑:燃燒后捕獲、燃燒前捕獲和富氧燃燒捕獲。

燃燒后捕獲是指從化石燃料燃燒后產(chǎn)生的廢氣中采用液體溶劑和加熱的方式將二氧化碳分離出來。美國在 20世紀 90年代后期就建立了數(shù)個一乙醇胺 (MEA)法脫碳的工業(yè)示范裝置以捕集燃煤電站及燃氣透平機排放的二氧化碳。

燃燒前捕獲是首先將化石燃料轉(zhuǎn)化為氫氣和二氧化碳的混合氣體,然后二氧化碳被液體溶劑或固體吸附劑吸收,再通過加熱或減壓得以釋放和集中。該技術(shù)的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)化制氫及高溫下氫氣的膜分離系統(tǒng)。與燃燒后捕獲相比,燃燒前捕獲中碳的壓力和濃度均相對較高,使得碳的分離更為容易,同時也提供了進一步應(yīng)用新型碳捕獲技術(shù)的可能性。

富氧燃燒捕獲同樣涉及燃料燃燒過程,但不同之處在于助燃劑是氧氣而非空氣。其燃燒后的廢氣也主要由水蒸氣和高濃度的二氧化碳構(gòu)成。

2.2.2 二氧化碳儲存

將二氧化碳捕獲并將其永久地封存,是實現(xiàn)二氧化碳減排的終端解決辦法。為實現(xiàn)二氧化碳減排的承諾目標,發(fā)達國家紛紛開展了二氧化碳埋存的相關(guān)研究。歐盟啟動了歐洲地質(zhì)埋存燃燒化石燃料所排放的二氧化碳的潛力評價項目。英國也積極開展二氧化碳地質(zhì)埋存的科研工作,啟動了儲層地學(xué)計劃,參與了二氧化碳地質(zhì)埋存國際研究與監(jiān)測項目。荷蘭從二氧化碳地質(zhì)埋存的成本分析和二氧化碳地下行為等方面開展了研究工作。加拿大實施了二氧化碳地質(zhì)埋存潛力評價計劃。美國從 1999年就擬定了碳埋存科學(xué)計劃。日本從 20世紀 90年代初就一直進行有關(guān)深海封存二氧化碳的技術(shù)試驗研究,取得了一定成果。歐美及日本等國的經(jīng)驗表明,地下儲存是處置二氧化碳的一種有效措施。二氧化碳地下儲存是把從集中排放源分離得到的二氧化碳注入地下深處具有適當封閉條件的地層中儲存起來?？捎糜诘叵聝Υ娴膱龅刂饕杏蜌馓?、沉積盆地內(nèi)的咸水含水層和無商業(yè)開采價值的深部煤層等。

中國天然氣資源比較豐富,天然氣田分布較為廣泛,可用于儲存大量的 CO2。劉延峰等對我國天然氣田儲存 CO2的潛力評估得出,相應(yīng)于天然氣總地質(zhì)儲量的 CO2的儲存容量約為 304.83×108t,相當于 2002年全國 CO2排放總量的 9.2倍;相應(yīng)于探明天然氣地質(zhì)儲量的 CO2儲存容量約為 41.03×108t,相當于 2002年全國 CO2排放總量的 1.2倍。中國咸水含水層分布面積廣,厚度大,儲存容量巨大,李小春等利用溶解度法對我國咸水含水層CO2儲存容量評價結(jié)果是 1.43505×1011t,相當于我國大陸地區(qū) 2003年 CO2排放總量的 40.5倍。中國煤炭和煤層氣資源豐富,CO2煤層儲存技術(shù)(CO2-ECBM)是地下儲存方式之一,該技術(shù)的應(yīng)用可在儲存 CO2的同時增加煤層氣的可開采量,從而降低 CO2地下儲存成本。劉延峰等對我國使用 CO2-ECBM技術(shù)的 CO2儲存潛力進行了評價,得出中國的 CO2煤層儲存潛力約為 120.78×108t,相當于 2002年全國 CO2排放量的 3.6倍。以上研究表明,我國地質(zhì)埋存二氧化碳的容量可觀。因此,在做好環(huán)境風(fēng)險評估的基礎(chǔ)上,加快地質(zhì)埋存技術(shù)的研發(fā),我國二氧化碳地質(zhì)埋存的潛力將十分巨大。

此外,生物儲存、海洋儲存和礦物儲存也可作為二氧化碳的儲存方式,但都處于理論研究和實驗室研究階段,要實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用,還有大量的技術(shù)問題需要解決。

3 中國二氧化碳減排的對策

從實現(xiàn)的難易程度和技術(shù)水平等方面考慮,我國二氧化碳減排應(yīng)首先從節(jié)約能源、提高能源利用效率著手。針對我國能源利用效率低下的現(xiàn)狀,提高能源利用水平,特別是煤炭利用效率,達到國際先進水平,是實現(xiàn)我國減少二氧化碳排放的短期途徑,也是最容易實現(xiàn)的途徑。因此,研發(fā)高效節(jié)能技術(shù),尤其是具有較大節(jié)能潛力的建筑節(jié)能技術(shù),制定鼓勵使用節(jié)能技術(shù)的相應(yīng)政策,是當前我國實現(xiàn)二氧化碳減排目標的重要手段之一。

其次,改變能源結(jié)構(gòu),使用低碳或者無碳燃料替代高碳燃料,也是我國二氧化碳減排的重要途徑。充分利用我國可再生能源開發(fā)的巨大潛力,因地制宜地開發(fā)太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生能源,不僅可以減少二氧化碳的排放,從長遠來講,還可以解決日益突出的能源問題。

隨著全球二氧化碳排放量的日益增多,分離、回收并儲存二氧化碳是我國及全世界二氧化碳減排的最終途徑。發(fā)達國家已經(jīng)在捕獲技術(shù)和埋存潛力等方面開展了研究工作,并進行了試點研究監(jiān)測工作。我國應(yīng)在借鑒發(fā)達國家先進經(jīng)驗和技術(shù)的基礎(chǔ)上,從研究二氧化碳埋存潛力和評估埋存技術(shù)的環(huán)境風(fēng)險著手,逐步開展二氧化碳捕集埋存試點項目,早日使二氧化碳捕集和地質(zhì)埋存技術(shù)在我國步入實用階段。

4 結(jié)論

全球氣候變暖已成為全世界普遍關(guān)注的問題。從剛剛結(jié)束的哥本哈根氣候變化大會上可以看出,盡管發(fā)達國家和發(fā)展中國家在責(zé)任分擔(dān)等具體問題上存在著分歧,但在對氣候變化的事實和積極應(yīng)對的緊迫性的認知上是完全一致的。我國作為發(fā)展中國家,在未來幾年經(jīng)濟仍然要保持高增長的前提下,提出二氧化碳減排的行動目標,為應(yīng)對全球氣候變化作出了切實的貢獻。從對不同的二氧化碳減排途徑的分析可以看出,我國可以通過節(jié)約能源、使用可再生能源、以及地質(zhì)埋存等手段減少二氧化碳排放。但是,所有的減排對策都需要相應(yīng)的政策驅(qū)動和技術(shù)支持。因此,開展適合低碳發(fā)展的政策法規(guī)標準和技術(shù)的研究并予以實施,是我國在應(yīng)對全球氣候變化大背景下保持經(jīng)濟快速發(fā)展的必然選擇。

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Brief Talk on Ways of Carbon Dioxide Emission Reduction in China

ZHAO Jie,LI Chang-jian,YUAN Xiang-hua

(Tianjin Academy of Environmental Science,Tianjin 300191 China)

Based on analyzing the ways of carbon dioxide emission reduction,the potentiality of carbon emission reduction in China is specified in the aspects of energy saving and energy structure change and carbon capture storage.

greenhouse effect;carbon dioxide;emission reduction;way;counter measure

X22

A

1673-9655(2010)增 1-0001-04

2010-03-16