二氧化碳減排綜述

陳通平 李建軍，2 劉琪琪 熊天龍 劉勇軍，2 尹華強(qiáng)，2

（1.四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，四川成都，610065；2.國(guó)家煙氣脫硫工程技術(shù)研究中心，四川成都，610065）

二氧化碳是空氣中常見(jiàn)的化合物，被認(rèn)為是加劇溫室效應(yīng)的主要來(lái)源，因?yàn)榫哂斜刈饔玫亩趸?，?huì)逐漸使地球表面溫度升高。近幾年，排放的二氧化碳等溫室氣體對(duì)環(huán)境的累積性影響日益明顯，氣候異常、自然災(zāi)害頻發(fā)等給人類的生存帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，對(duì)二氧化碳等溫室氣體的控制已成為全人類共同的責(zé)任。

1 我國(guó)的能源利用與二氧化碳?xì)怏w排放

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，能源需求逐年增長(zhǎng)。中國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤占能源消費(fèi)總量的70%左右，石油占20%左右，天然氣占3%左右，這種以煤為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)是二氧化碳排放量居高不下的重要原因之一。從能源消費(fèi)的二氧化碳排放強(qiáng)度看，中國(guó)為2.1噸二氧化碳/噸標(biāo)準(zhǔn)煤左右，比世界平均值高23%，居世界首位［1］。2010年工業(yè)部門能源消費(fèi)量超過(guò)了23億噸標(biāo)準(zhǔn)煤（發(fā)電煤耗計(jì)算法），占全國(guó)能源消費(fèi)總量的71%，排放的二氧化碳約52.3億噸，約占全國(guó)二氧化碳排放總量的70%［2］。經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和收入增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)著中國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)客貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量的快速增長(zhǎng)。2015～2020年，隨著交通運(yùn)輸業(yè)能源消費(fèi)的快速增長(zhǎng)，其二氧化碳排放量將到達(dá)10.65億噸［2］。隨著我國(guó)未來(lái)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，二氧化碳的排放量從現(xiàn)在到2020年將呈持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)。因此，如何既有效又經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)CO2和其他溫室氣體的控制，將是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

2 二氧化碳減排方法

當(dāng)今社會(huì)發(fā)展與化石能源密不可分，控制或減少能源消耗的任何措施都將面臨困難。如今認(rèn)為可能控制二氧化碳排放的措施主要包括四類：提高能源利用效率、發(fā)展可再生能源、提高碳匯和發(fā)展碳捕集封存利用技術(shù)。

2.1 提高能源利用效率

如何在保證經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排目標(biāo)，其中一個(gè)有效的措施無(wú)疑是提高能源利用效率，提高能源利用效率是減少能源消耗強(qiáng)度、緩解能源供求結(jié)構(gòu)矛盾的重要手段。而以煤為主的中國(guó)能源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)減排關(guān)鍵的一步是控制燃煤二氧化碳的排放?？梢圆捎茫哼x煤技術(shù)、潔凈燃煤技術(shù)、循環(huán)流化床鍋爐、煤炭氣化和液化技術(shù)、煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)等，這些都是提高能源利用率、轉(zhuǎn)化率和同時(shí)實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排的有效方法。能源利用效率的提高不僅對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)有明顯貢獻(xiàn)，也會(huì)對(duì)溫室氣體減排有巨大的貢獻(xiàn)。然而，中國(guó)和國(guó)際先進(jìn)水平相比，單位GDP能源強(qiáng)度、主要耗能產(chǎn)品單位能耗、主要耗能設(shè)備能源利用效率等均有不同程度的差距，因此中國(guó)在節(jié)能和提高能源效率方面的潛力仍然很大。

2.2 發(fā)展可再生能源

化石能源是有限的，遲早會(huì)枯竭，而地球上的可再生能源不僅資源豐富，而且還無(wú)污染，在不久的將來(lái)必將取代化石能源成為能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的主體。中國(guó)發(fā)展與改革委員會(huì)于2007年8月頒布《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年中國(guó)力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)可再生能源占能源消費(fèi)總量的15%。同時(shí)其他國(guó)家也相應(yīng)的制定了發(fā)展規(guī)劃，美國(guó)［3］、德國(guó)［4］等制定了核能系統(tǒng)技術(shù)路線圖，日本［5］制定了到2030年能源戰(zhàn)略技術(shù)路線圖，歐盟等國(guó)際組織［6］進(jìn)行了世界未來(lái)能源需求結(jié)構(gòu)變化預(yù)測(cè)以及制定了氫能的技術(shù)路線圖?；茉粗苯尤紵龝?huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境污染，使用可再生能源，不僅能減少環(huán)境污染還能對(duì)二氧化碳減排做出貢獻(xiàn)。

2.3 提高碳匯的吸收能力

碳匯，一般是指從空氣中清除二氧化碳的過(guò)程、活動(dòng)、機(jī)制，主要包括森林碳匯、濕地碳匯和水生生物碳匯。

2.3.1 森林碳匯

森林是全球碳循環(huán)的重要組成部分，主要是通過(guò)光合作用吸收CO2，放出O2，把大氣中的CO2固定在植被和土壤中。森林碳匯功能不僅在緩解氣候變暖趨勢(shì)方面具有重要作用，而且森林碳匯抵消CO2排放已成為國(guó)際氣候公約的重要內(nèi)容［7］。張志華、彭道黎［8］從森林的碳匯和碳源雙重功能，分析了森林管理措施對(duì)碳匯的作用和影響，同時(shí)根據(jù)我國(guó)森林資源現(xiàn)狀，提出了加強(qiáng)森林管理和增加森林碳吸收的措施和建議。陳珂［9］等根據(jù)低碳經(jīng)濟(jì)及森林碳匯發(fā)展背景，總結(jié)了中國(guó)發(fā)展森林碳匯的現(xiàn)狀及潛力，從技術(shù)、管理、社會(huì)3個(gè)層面分析了中國(guó)森林碳匯項(xiàng)目發(fā)展的障礙，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

2.3.2 濕地碳匯

被譽(yù)為“地球之腎”的濕地在維護(hù)區(qū)域性生態(tài)平衡方面具有其它生態(tài)系統(tǒng)所不能替代的獨(dú)特作用。作為水生環(huán)境與陸生環(huán)境交匯的濕地，是全球碳循環(huán)過(guò)程中極其重要的角色。濕地一直被認(rèn)為是大氣CO2的重要碳匯，這點(diǎn)已得到廣泛認(rèn)可［10］。濕地面積僅占地球陸地面積的4%～6%［11］，但濕地系統(tǒng)卻貯藏著全球高達(dá)20%～30%的碳物質(zhì)［12］，其碳儲(chǔ)量約為770×108噸，占到陸地生物圈碳素的35%，為全球最大的碳庫(kù)［13］。

2.3.3 水生生物碳匯

在全球CO2含量升高的情況下，海水中的單細(xì)胞藻類浮游植物對(duì)碳匯的作用是顯著的。研究表明主要是三個(gè)方面的原因：一是浮游植物廣泛的分布在地球生態(tài)系統(tǒng)中并且數(shù)量巨大，是海洋生物主要的碳庫(kù)；二是浮游植物也是通過(guò)光合作用直接吸收CO2，釋放O2；三是浮游植物是海水中最大量的顆粒物，從海洋能學(xué)和動(dòng)力學(xué)的角度改變?nèi)驓夂颍M(jìn)而影響碳匯。

2.4 發(fā)展CCS、CCUS、CCU技術(shù)

二氧化碳減排除了生態(tài)的自我吸收、源頭控制，另外最重要的思路便是末端治理。面對(duì)全球氣候變化，人們從工程實(shí)踐中得到啟發(fā)，開(kāi)發(fā)應(yīng)用了一系列末端治理技術(shù)：CCS、CCUS、CCU 等。CCS（carbon dioxide capture and storage）是一項(xiàng)可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模二氧化碳減排的前沿技術(shù)，根據(jù)IEA《能源技術(shù)展望2010》分析，到2050年，CCS技術(shù)將實(shí)現(xiàn)全球二氧化碳減排總量19%的目標(biāo)，是僅次于改善能源效率的第二大減排技術(shù)［14］。由于CCS技術(shù)只是一種純粹的投入行為，不能帶來(lái)直接的經(jīng)濟(jì)效益，因而技術(shù)應(yīng)用的持續(xù)性會(huì)受到影響。為了解決技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，現(xiàn)在的CCS項(xiàng)目更多地綜合考慮CO2捕集后的利用問(wèn)題，以創(chuàng)造項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，于是提出了CCS向 CCUS （carbon dioxide capture utilization and storage）方向轉(zhuǎn)變的思路。然而CO2地質(zhì)封存在政策上、技術(shù)上以及社會(huì)認(rèn)知及接受程度上具有種種障礙和制約，謝和平等［14］提出實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排的 CCU（carbon dioxide capture and utilization）發(fā)展新理念，先避開(kāi)CO2地質(zhì)封存各種風(fēng)險(xiǎn)和不確定性、爭(zhēng)取在CO2大規(guī)模利用技術(shù)上取得創(chuàng)新和突破。而其中碳捕集技術(shù)是實(shí)現(xiàn)其封存和綜合利用等減排措施的基礎(chǔ)和前提條件，工業(yè)上比較成熟的碳捕集分離技術(shù)主要包括吸收分離技術(shù)、吸附分離技術(shù)、膜分離技術(shù)、化學(xué)循環(huán)燃燒分離技術(shù)、水合物分離技術(shù)和電化學(xué)分離技術(shù)等［15］。

3 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)革命前全球碳循環(huán)相對(duì)平衡，工業(yè)革命后開(kāi)始的工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)打破了這個(gè)簡(jiǎn)單的平衡，二氧化碳的排放超過(guò)了吸收。如何減少CO2的排放是一個(gè)關(guān)系到人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題，從上面的分析可以看出二氧化碳減排的有效方法還是有很多，但在真正的實(shí)施過(guò)程中不僅僅需要的是先進(jìn)科技的運(yùn)用，還應(yīng)該包括各個(gè)國(guó)家之間的政治、文化以及經(jīng)濟(jì)合作。人類文明社會(huì)的發(fā)展導(dǎo)致了溫室氣體的過(guò)度排放，未來(lái)也需要全人類共同協(xié)作消除二氧化碳等溫室氣體導(dǎo)致的全球性環(huán)境問(wèn)題。

［1］齊曄.中國(guó)低碳發(fā)展報(bào)告（2014）［M］.北京：社會(huì)科學(xué)文獻(xiàn)出版社，2014.

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