張俊勇，孫有才

（1.石家莊鐵道大學(xué)經(jīng)管學(xué)院，河北石家莊050043；2.河北省鐵路管理局，河北石家莊050051）

人類(lèi)對(duì)環(huán)境問(wèn)題的認(rèn)識(shí)和解決辦法，是循著環(huán)境問(wèn)題發(fā)展的歷史軌跡而不斷深化的。人類(lèi)社會(huì)對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)是在實(shí)踐中產(chǎn)生的，實(shí)踐—認(rèn)識(shí)—再實(shí)踐—再認(rèn)識(shí)構(gòu)成了人類(lèi)社會(huì)與所處環(huán)境互動(dòng)的軌跡。自從工業(yè)革命以來(lái)，伴隨著社會(huì)化大生產(chǎn)的推行，人類(lèi)與環(huán)境之間的平衡關(guān)系不斷被打破，宜居環(huán)境、和諧環(huán)境正成為人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的理性訴求。1972年6月5日，聯(lián)合國(guó)在瑞典斯德哥爾摩召開(kāi)“人類(lèi)環(huán)境會(huì)議”，并通過(guò)了《人類(lèi)環(huán)境宣言》，1992年6月3日，聯(lián)合國(guó)在巴西里約熱內(nèi)盧召開(kāi)“環(huán)境與發(fā)展大會(huì)”，并通過(guò)了《里約環(huán)境與發(fā)展宣言》及《21世紀(jì)議程》。2012年12月26日，世界氣候大會(huì)在卡塔爾首都多哈召開(kāi)，盡管大會(huì)充滿了拉鋸戰(zhàn)，但最后還是把2013—2020年作為《京都議定書(shū)》的第二個(gè)承諾期。所謂《京都議定書(shū)》是1997年12月在日本京都由聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約參加國(guó)制定的，其目標(biāo)是“將大氣中的溫室氣體穩(wěn)定在一個(gè)適當(dāng)?shù)乃?，進(jìn)而防止劇烈的氣候改變對(duì)人類(lèi)造成的傷害”，并確定了發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家各自承擔(dān)全球環(huán)境義務(wù)的執(zhí)行時(shí)間表。為較好地履行國(guó)際義務(wù)，我國(guó)政府于2012年10月發(fā)布《中國(guó)能源政策（2012）白皮書(shū)，承諾到2020年非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到15%左右，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。在中國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷增強(qiáng)、國(guó)際地位不斷上升以及環(huán)境問(wèn)題也日益突出的背景下，充分認(rèn)識(shí)節(jié)能減排，采取有效措施承擔(dān)相應(yīng)的國(guó)際義務(wù)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。近年來(lái)興起的二氧化碳捕獲與封存（CCS）技術(shù)成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)以及國(guó)際社會(huì)減少溫室氣體排放的重要策略。我國(guó)在這方面盡管起步較晚，但發(fā)展后勁足，在國(guó)家政策的積極推行下，我國(guó)在碳捕獲與封存技術(shù)上具有良好的后發(fā)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)技術(shù)應(yīng)用推廣，不僅可以承擔(dān)相應(yīng)的國(guó)際業(yè)務(wù)，也有望帶來(lái)相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 碳捕獲技術(shù)的由來(lái)

化石能源的開(kāi)發(fā)和利用為工業(yè)社會(huì)和人類(lèi)文明的推進(jìn)提供了必要的支撐，不過(guò)，化石能源的負(fù)面效應(yīng)尤其是環(huán)境方面的負(fù)面效應(yīng)為人們重新認(rèn)識(shí)。比如，化石能源產(chǎn)生的硫磺、碳化物、硝酸等，容易與大氣結(jié)合形成酸雨，對(duì)自然環(huán)境造成很大的破壞；化石能源會(huì)產(chǎn)生放射性物質(zhì)，泄漏到空氣中很容易對(duì)人體造成損害；化石能源燃燒產(chǎn)生的粉塵誘發(fā)呼吸道疾病等。從環(huán)境保護(hù)的角度，各國(guó)都在政策上進(jìn)行了一定程度的限制，提高能源效率，把化石能源數(shù)量降低到最小化。從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度，化石能源被認(rèn)為具有負(fù)外部性，其社會(huì)成本高，因此，應(yīng)該采取征稅和內(nèi)生化的交易機(jī)制。

從當(dāng)前到未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間，化石能源仍是人類(lèi)社會(huì)獲取能源的最主要方式，盡管其在能源組合中的比重會(huì)逐步降低，可再生能源的比重會(huì)逐步提高。但在可再生能源還未占據(jù)主導(dǎo)地位的情景下，正視化石能源使用帶來(lái)的負(fù)面影響，在化石能源使用前、使用中和使用后設(shè)法把對(duì)環(huán)境的影響達(dá)到中性成為一種首選。能源需求會(huì)逐年增高，而可再生能源還難以獨(dú)擋一面?！扒鍧嵞茉础?、“清潔煤炭”、“清潔生產(chǎn)”的概念應(yīng)運(yùn)而生，并得到了極大推廣。全球溫室的來(lái)源中，化石能源的使用占80%以上，在這種情況下，如何去碳成為工業(yè)社會(huì)必須考慮的問(wèn)題。一般而言，應(yīng)用3種方式降低碳排放。一是提高能源利用效率，減少使用量；二是采用低碳燃料，比如可再生能源；三是采取捕獲和封存的方式。如果把化石能源燃燒使用過(guò)程中的二氧化碳收集起來(lái)，采取與地球空氣隔離的形式，一方面可以不妨礙對(duì)化石能源的繼續(xù)使用，另一方面也與低碳社會(huì)、可持續(xù)發(fā)展的理念實(shí)現(xiàn)了部分吻合。另外，垃圾再利用、廢棄物再利用的實(shí)踐認(rèn)識(shí)也引發(fā)對(duì)收集起來(lái)的二氧化碳的再利用的探討。

通過(guò)檢索國(guó)外文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，首先對(duì)碳捕獲與儲(chǔ)存進(jìn)行探討的學(xué)術(shù)文章出現(xiàn)在1998年2月號(hào)刊的《氣候變化》（Climatic Change）上，題目為“我們需要一些新的思維”。該文主要觀點(diǎn)包括所有國(guó)家都應(yīng)該做出承諾，向空氣中免費(fèi)排放二氧化碳的做法必須逐步取消，另外降低能源成本應(yīng)該采取戰(zhàn)略性思維。國(guó)內(nèi)最先對(duì)碳捕獲與儲(chǔ)存最先報(bào)道的是《氣候變化研究進(jìn)展》的2005年4期，題目是“IPCC第24次全會(huì)在加拿大召開(kāi)”，從前后順序看，顯然我國(guó)對(duì)這個(gè)問(wèn)題的關(guān)注是從國(guó)外的會(huì)議報(bào)道開(kāi)始的。

2 碳捕獲技術(shù)的應(yīng)用

碳捕獲與封存系指將大型發(fā)電廠、鋼鐵廠、化工廠等排放源產(chǎn)生的二氧化碳收集起來(lái)，并用各種方法儲(chǔ)存以避免其排放到大氣中一種技術(shù)。通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，可以減少化石能源對(duì)全球變暖帶來(lái)的不利影響，減少海洋酸化。

碳捕獲與封存顧名思義一般分兩個(gè)階段，第一個(gè)階段是把集中排放點(diǎn)或分散排放點(diǎn)的二氧化碳收集起來(lái)，第二個(gè)階段把收集起來(lái)的二氧化碳進(jìn)行封存。目前碳捕獲的公益方法基本上有3種，即化石能源燃燒前、燃燒后以及在富氧環(huán)境中對(duì)化石能源進(jìn)行燃燒，各種方法都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用范圍。

表1

目前，美國(guó)在碳捕獲與封存方面投入較大，取得的技術(shù)成就以及應(yīng)用推廣比較大。在2000年早期，小布什總統(tǒng)希望為美國(guó)的煤炭產(chǎn)業(yè)做點(diǎn)事情，從政府層面加大了對(duì)這一技術(shù)的開(kāi)發(fā)支持力度。奧巴馬總統(tǒng)在2009年的經(jīng)濟(jì)刺激中追加了30億美元，用于這項(xiàng)技術(shù)的可開(kāi)發(fā)。歐洲國(guó)家進(jìn)行規(guī)劃的項(xiàng)目較多，但實(shí)際實(shí)施效果存在很多障礙，處于應(yīng)用前沿的主要是英國(guó)、挪威等國(guó)。國(guó)際能源署預(yù)測(cè)到2020年全球?qū)⒂袛?shù)百個(gè)碳捕獲與封存項(xiàng)目，2050年，將有大約3000個(gè)項(xiàng)目。

碳捕獲與封存的第二個(gè)階段是儲(chǔ)存，相對(duì)于第一個(gè)階段，這一階段的技術(shù)上的難度比較小。在封存前一般通過(guò)高壓形式，把二氧化碳轉(zhuǎn)化成液體形式，或者通過(guò)管道輸送，或者通過(guò)罐裝車(chē)輸送。最終的存儲(chǔ)地或者為海洋洋底，或者陸地的下方。陸地的選擇可以是數(shù)千米之下的即將枯竭的油田或者氣田，也可以是含酸堿液體的巖石層中。不管以何種方式儲(chǔ)存，儲(chǔ)存空間應(yīng)該具有流動(dòng)性，同時(shí)在上面施加隔離層，嚴(yán)防以任何形式向上泄漏。

3 圍繞碳捕獲與封存技術(shù)的障礙

能夠把二氧化碳進(jìn)行收集并且安全地儲(chǔ)存，無(wú)疑為實(shí)現(xiàn)碳中性提供了良好的解決思路。人類(lèi)社會(huì)對(duì)能源的需求仍在增長(zhǎng)，而可再生能源、替代能源在短時(shí)間內(nèi)還難以超越常規(guī)能源。碳捕獲與封存在電廠的應(yīng)用可以有效地收集到90%以上的碳排放。根據(jù)相關(guān)研究，該項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用可以為削減溫室氣體排放做出突出的貢獻(xiàn)。但是，這一技術(shù)的應(yīng)用依然受到很多障礙，其發(fā)展前景仍將遵循波浪式的發(fā)展道路。

3.1 成本因素

碳捕獲與封存可以在地球上的任何地點(diǎn)進(jìn)行，在火電廠、建材廠、煉鋼廠等進(jìn)行這項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用等無(wú)疑是最為經(jīng)濟(jì)的方式，因?yàn)檫@些企業(yè)都是二氧化碳的排放大戶。2012年，美國(guó)國(guó)會(huì)預(yù)算辦公室發(fā)布一項(xiàng)報(bào)告，對(duì)新建火電廠采用該項(xiàng)技術(shù)的成本進(jìn)行了測(cè)算，認(rèn)為平均成本比不采用該項(xiàng)技術(shù)高出76%。美國(guó)能源部估計(jì)，由于采用該項(xiàng)技術(shù)，化石能源的能源效率會(huì)降低20%～30%。2007年麻省理工學(xué)院的一項(xiàng)研究認(rèn)為，采用技術(shù)改造會(huì)使電廠的發(fā)電量降低40%，能源產(chǎn)出減少意味著用電價(jià)格的進(jìn)一步高企。美國(guó)能源情報(bào)署的報(bào)告提出，常規(guī)火電廠的發(fā)電成本在0.0686美元/kW·h，火電是最為便宜廉價(jià)的能源獲取方式。目前，相關(guān)電廠的成本價(jià)基本上在0.1美元以下，即使太陽(yáng)能的上網(wǎng)電價(jià)也沒(méi)有超過(guò)這一水平。如果火電廠要達(dá)到盈虧平衡點(diǎn)，上網(wǎng)電價(jià)應(yīng)該是0.128美元/kW·h，計(jì)劃要翻一番。在完全市場(chǎng)化背景下，沒(méi)有政府的投資，很多技改項(xiàng)目難以開(kāi)展。

即使二氧化碳被捕獲后，收集起來(lái)，還需要運(yùn)輸與封存，這仍需要付出一定的成本。目前美國(guó)已經(jīng)有5800 km的二氧化碳運(yùn)輸管道，要完成最終的封存，仍需要能源投入和資金投入，無(wú)疑綜合成本仍會(huì)比較高。英國(guó)、挪威等國(guó)的石油公司通過(guò)把液壓二氧化碳注入北?？萁哂吞锏姆绞?，為提高產(chǎn)油率提供了新的方式。不過(guò)，因?yàn)樘岣弋a(chǎn)油率而使用的二氧化碳比起為應(yīng)對(duì)全球變暖需要封存的數(shù)量畢竟是很小的一部分。

3.2 市場(chǎng)機(jī)制

為應(yīng)對(duì)全球變暖，世界各國(guó)陸續(xù)都在制定自己的減排目標(biāo)。有的國(guó)家為碳排放制定了最高限量，有的國(guó)家通過(guò)發(fā)放排放許可證的方式，也有的國(guó)家和地區(qū)采取了碳排放交易模式。毫無(wú)疑問(wèn)，為碳排放制定的價(jià)格比起捕獲與封存成本而言都低得多。位于澳大利亞的全球碳捕獲與封存研究院的研究估計(jì)，二氧化碳的定價(jià)應(yīng)該在23～93美元/t。在2011年公開(kāi)發(fā)表的一項(xiàng)報(bào)告中，歐洲電廠零排放技術(shù)平臺(tái)發(fā)現(xiàn)，火電廠的碳排放需要定價(jià)到35歐元/t。目前，歐洲的碳排放交易制度是5歐元/t，美國(guó)加利福尼亞州是13.62美元/t，美國(guó)擬通過(guò)法律把碳稅上調(diào)至20美元/t。全球二氧化碳定價(jià)較低或者根本就沒(méi)有定價(jià)，無(wú)疑不會(huì)對(duì)排放大戶產(chǎn)生約束和激勵(lì)。

3.3 利益集團(tuán)之爭(zhēng)

2012年1月，美國(guó)環(huán)境保護(hù)署推出了嚴(yán)格的環(huán)境管制措施，對(duì)火電廠的水銀、氧化硫、氧化氮和其他金屬物質(zhì)諸如砷等進(jìn)行了嚴(yán)格的管制。為此，包括6個(gè)州在內(nèi)的很多電廠以及全國(guó)礦業(yè)協(xié)會(huì)提起了強(qiáng)烈的抗議，要求聯(lián)邦暫緩執(zhí)法，認(rèn)為管制帶來(lái)的代價(jià)過(guò)于沉重，也過(guò)于嚴(yán)厲，并以提高上網(wǎng)電價(jià)作為執(zhí)行條件。

人們的環(huán)境意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)烈。由于各國(guó)發(fā)展程度、技術(shù)水平、法律環(huán)境等存在著很大差異，在環(huán)境問(wèn)題上的責(zé)任和義務(wù)難以均衡地匹配。這涉及到短期利益與長(zhǎng)期利益、局部利益與整體利益的權(quán)衡。圍繞著世界氣候變化的目標(biāo)和義務(wù)，各國(guó)之間爭(zhēng)論不休。即使是在一個(gè)國(guó)家內(nèi)部，各種利益集團(tuán)也存在很多沖突，在環(huán)境問(wèn)題上的分歧越大，努力越小，其造成的災(zāi)難和后果也就越大。

3.4 技術(shù)上成熟度

碳捕獲與封存的許多項(xiàng)目仍處于示范性和試驗(yàn)性階段，距離大規(guī)模的推廣還存在很大差距，除了資金、人員等方面的限制條件，這一技術(shù)的突破還局限于局部和某些點(diǎn)上，還未實(shí)現(xiàn)大范圍的創(chuàng)新。比如，大型已建電廠只能采取燃燒后收集方式，采用燃燒前收集應(yīng)用于新建電廠，技術(shù)上可行，但應(yīng)用有限，不符合能源發(fā)展的趨勢(shì)和潮流，富氧環(huán)境下仍需要額外的支出成本。因此，技術(shù)上的突破與創(chuàng)新仍是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

在技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，如何避免“死亡之谷”也是需要考慮的內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)室、示范性項(xiàng)目開(kāi)展的應(yīng)用，其商業(yè)應(yīng)用前景如何還面臨著市場(chǎng)障礙、融資障礙以及管制障礙等。為此，也有批評(píng)者認(rèn)為碳捕獲與封存的技術(shù)還不夠成熟，主張把資源和精力放在可再生能源上。環(huán)境保護(hù)組織盡管認(rèn)可這項(xiàng)技術(shù)，但對(duì)二氧化碳的存放同樣充滿了擔(dān)憂。

4 對(duì)我國(guó)推廣碳捕獲與封存技術(shù)的建議

4.1 設(shè)立專項(xiàng)資金支持

中國(guó)和美國(guó)是世界上兩大主要經(jīng)濟(jì)體，不僅是能源消費(fèi)大國(guó)，也是碳排放大國(guó)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)和美國(guó)兩個(gè)國(guó)家的碳排放量分別占全球的23.5%和18.27%。歐盟27個(gè)國(guó)家的排放量占全球的13.98%。當(dāng)今的環(huán)境問(wèn)題具有歷史的形成因素，也有現(xiàn)實(shí)的因素，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)地位的提升，中國(guó)所承擔(dān)的環(huán)境義務(wù)無(wú)疑也將進(jìn)一步上升。自從2005年以來(lái)，美國(guó)已經(jīng)撥付69億美元用于碳捕獲與封存技術(shù)的開(kāi)發(fā)和商業(yè)應(yīng)用探索，其中34億美元來(lái)自美國(guó)復(fù)興和再投資刺激計(jì)劃，其余的來(lái)自“清潔煤炭”項(xiàng)目計(jì)劃。歐盟自2007年以來(lái)，陸續(xù)開(kāi)展了12個(gè)示范性項(xiàng)目，除了碳排放交易機(jī)制，其資金來(lái)源渠道有兩個(gè)，一個(gè)是行業(yè)新進(jìn)入者基金，一個(gè)是歐洲經(jīng)濟(jì)復(fù)興計(jì)劃資金。第一項(xiàng)目資金主要來(lái)自碳排放交易許可的拍賣(mài)，對(duì)企業(yè)碳排放進(jìn)行收費(fèi)。我國(guó)應(yīng)充分吸收借鑒各國(guó)成熟的做法，加強(qiáng)這一技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用推廣工作。在進(jìn)行商業(yè)應(yīng)用推廣前，通過(guò)國(guó)家專項(xiàng)基金制度，資助這一領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和研究。

4.2 建立碳排放核算體系

我國(guó)的煤炭消費(fèi)量已經(jīng)接近世界整體消費(fèi)量的50%，如果經(jīng)濟(jì)繼續(xù)保持高速發(fā)展，50%的界限很容易被打破。對(duì)于一些大型電廠、建材廠、水泥廠等可以采用專門(mén)的指標(biāo)進(jìn)行碳排放的核算，但對(duì)于碳排放的鏈條缺乏通盤(pán)的考慮。整個(gè)的二氧化碳排放有直接排放和間接排放，不管是哪一種排放，都應(yīng)當(dāng)盡早建立核算制度，具體到一個(gè)工礦企業(yè)、一所事業(yè)單位、一輛車(chē)、一個(gè)人都應(yīng)該有一個(gè)較為明確、可行的核算體系和制度。在制度透明情況下，才有可能改變社會(huì)對(duì)這一問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，達(dá)成共識(shí)，采取一致性行動(dòng)。也只有有了可以核算的體系，國(guó)家環(huán)保部門(mén)才會(huì)進(jìn)行有效的監(jiān)管。

4.3 加強(qiáng)國(guó)際合作

我國(guó)的經(jīng)濟(jì)地位和實(shí)力為加強(qiáng)國(guó)際合作奠定了基礎(chǔ)，中國(guó)在碳捕獲與封存技術(shù)上具有后發(fā)優(yōu)勢(shì)。我國(guó)和歐盟、美國(guó)等已經(jīng)展開(kāi)了碳捕獲的合作項(xiàng)目。我國(guó)的科技部也與英國(guó)的能源和氣候變化部簽訂了相關(guān)協(xié)議，致力于技術(shù)的開(kāi)發(fā)，到2020年在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)火電廠的碳零排放。我國(guó)具有成為技術(shù)上領(lǐng)先者的潛在優(yōu)勢(shì)，主要是政府的支持力度比較大，這在歐盟、美國(guó)等其他經(jīng)濟(jì)體是難以做到的。技術(shù)上的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用和突破有望催生新的商業(yè)機(jī)會(huì)，西方國(guó)家受制于利益集團(tuán)的左右，越來(lái)越難以開(kāi)展一致的行動(dòng)，正是在這種背景下，西方國(guó)家對(duì)我國(guó)的技術(shù)開(kāi)發(fā)抱著羨慕又感慨的心態(tài)，對(duì)我國(guó)未來(lái)可能成為這一技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先者保持著一絲戒備。

4.4 規(guī)劃碳捕獲與封存發(fā)展路線圖

技術(shù)上的成功并不能預(yù)示著商業(yè)上的成功，化石能源的優(yōu)勢(shì)將逐步喪失，但其主導(dǎo)地位則會(huì)存在很長(zhǎng)時(shí)間。在利用和開(kāi)發(fā)能源的過(guò)程中，各種能源的發(fā)展路徑會(huì)存在很大差異，太陽(yáng)能技術(shù)的突破將減少對(duì)常規(guī)能源的依賴，而頁(yè)巖氣革命以及可燃冰的開(kāi)發(fā)與開(kāi)采，則會(huì)導(dǎo)致能源格局的重新變化，煤炭作為能源的使用也會(huì)因此受到影響，某一階段的經(jīng)濟(jì)利益難以與低碳經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展的要求發(fā)生偏離，碳捕獲與封存的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用也會(huì)存在起伏，因此，對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，確定碳捕獲與封存的發(fā)展路線圖尤為必要。

[1]萬(wàn)融.商品學(xué)概論[M].北京:中國(guó)人民大學(xué)出版社，2005.

[2]王志.碳捕獲領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)挑戰(zhàn)[J].科學(xué)觀察，2013(1)：59-62.

[3]我國(guó)最大碳捕獲試驗(yàn)基地建成[J].石油和化工節(jié)能，2012(1)：7-8.