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科普在线

2010-05-24编辑田宗伟

中国三峡 2010年3期
关键词:二氧化碳温室气体

编辑/ 田宗伟 任 红

什么是碳排放?

碳排放(carbon emissiont)主要指的是二氧化碳和其它温室气体的排放,《京都议定书》附件中强调了六种温室气体,除二氧化碳外,还有甲烷(CH4)、氧化亚氯(N2O)、氢氟碳化物 ( HFCS)、全氟化碳(PFCS)、六氟化硫(SF6),这些气体被认定是导致全球气候变暖的“帮凶”。

通常通过GWF(全球变暖因子)换算来测量这些气体释放热量的能力,也即将二氧化碳的全球变暖因子设为1,其它温室气体以此为标准单位来换算,例如甲烷的全球变暖因子是21,氧化氩氮是310,全氟碳化物的全球变暖因子在5000到14000之间,它们的温室效应均比二氧化碳大。

碳对地球极其重要,人类体重18%都是碳,如果没有碳,不光我们人类,任何动植物以及地球上的其它生命体都无法生存。一个碳原子和两个氧原子结合将生成二氧化碳(CO2),这种数量最大的无色温室气体是人类新陈代谢过程中必需的部分,也是地球碳循环中的重要一环。我们呼出二氧化碳,植物、细菌和藻类则吸收它,这是光合作用关键性的步骤。

与此同时,二氧化碳又有另外一面:当人类生产活动所产生的过量二氧化碳被排入地球大气时,就会引起空气和海洋温度升高,在影响气候的温室气体中,二氧化碳的比率至少占60%。据统计,工业革命之前大气层中的二氧化碳共有290ppmv,而1999年就有350ppmv,年增长率达到0.3-0.4%,而且由于二氧化碳是化学惰性气体,不能通过光化学或化学作用去除,于是,过量的二氧化碳成为了当前全球变暖的“罪魁祸首”。

温室气体对环境的害处是什么呢?最大的害处就是因为它把地球像棉絮一样的包起来了,使地球升温。地球升温会怎样?会造成南极北极冰层融化,海平面上升,物种加快灭绝,沿海城市被淹没,极端气候频发。科学家已经观察到很多直接证据,比如北极的永久冰层已经消失殆尽了;海平面的上升已经让世界名城威尼斯处于危险中,旅游圣地马尔代夫有灭国的危险;近一点,我国东部沿海台风越来越厉害,还有像2008年的南方雪灾,这些都跟温室气体有很大关系。

碳排放分为可再生碳排放和不可再生碳排放两种。前者指在地球表面的各种动植物正常的碳循环,也包括使用各种可再生能源的碳排放;后者指从地下把几亿年前沉积下来的矿物能源开发出来,燃烧后产生的碳排放。无论具体碳排放的数值大小如何,不可再生碳排放将地下的碳元素释放出来,其积累产生的温室效应都比可再生碳排放更大,对于环境造成的影响也更加严重。

什么是碳排放强度?

碳排放强度是指每单位国民生产总值的增长所带来的二氧化碳排放量。

该指标主要是用来衡量一国经济增长同碳排放量增长之间的关系,如果一国在经济增长的同时,每单位国民生产总值所带来的二氧化碳排放量在下降,那么说明该国就实现了一个低碳的发展模式。

与整体碳排放目标不同,碳排放强度指标是一个相对的指标,它是相对于经济增长来说会减少多少,而整体碳排放目标是一个绝对的指标,是一个国家在一定的时间里碳排放量应控制在什么水平。

中国政府2009年11月26日公布了控制温室气体排放的行动目标,决定到2020年全国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%至45%。

什么是碳封存、碳捕集?

所谓碳封存(Carbon Sequestration),指的是以捕获碳并安全存储的方式来取代直接向大气中排放CO2的技术。碳封存研究开始于1977年,但只是到了最近,才有迅速的发展。

这一设想包括:(1)将人类活动产生的碳排放物捕获、收集并存储到安全的碳库中;(2)直接从大气中分离出CO2并安全存储。由此,人们将不再是通过CO2减排,而是通过碳封存的方法,同时结合提高能源生产和使用的效率以及增加低碳或非碳燃料的生产和利用等手段来达到减缓大气CO2浓度增长的目标。

陆地生态系统对CO2的吸收是一种自然碳封存过程。陆地植物在其生长过程中,需要利用CO2合成有机物,它们能够在一定的浓度范围内吸收CO2,从而节省了将其分离、提纯等技术的花费。因此以森林再造、限制森林砍伐等方式来实现的碳封存被认为是最具经济效益的方式。而保护和优化陆地生态系统则有利于碳封存的维持和扩增。

针对定点源的人类排放,如油井、化学工厂、火力发电厂等,碳封存技术的开发着重点是捕获和分离CO2,然后将其注入到海洋或是深地质结构层中。由于某种需要,工业生产中也伴随有一些碳封存过程。例如在石油开采时,CO2常会跟天然气一起由地底下喷射出来,通常CO2在从油井冲出来后便释放到空气中。但是,在同时开采石油及天然气的过程中,CO2常会被重新注入到油井内,以便能保持所需压力而抽取更多的石油,而这项所用的花费可以由所增加的石油产量来补偿。在美国,每年能因此封存3200万吨CO2。而位于距挪威海岸240km的北海中部的Sleipner海上钻井平台从1996年起就将油井生产中的CO2收集并注入到1000m以下的富含盐水的砂岩层。这个海上钻井平台之所以这样做,是因为从1996年以来挪威对工业排放CO2征收50美元/吨的排放税,而将CO2注回到岩石层中与之相比则要便宜得多。在存储方面,则采用了以下一些方法,如向尚未开采的煤层中注入CO2,从而回收甲烷;将CO2制成干冰,投掷到海洋中;利用固定的管道或是轮船拖曳管道将CO2泵入深海等。

通过对海洋的增肥也是利用生态系统来达到碳封存目标的方法。这方法思路是,向海洋投放微量营养素(如铁)和常量营养素(如氮和磷),由此加速海“生物泵”过程,增加海洋对大气CO2的吸收和存储。这主要是通过增长浮游植物的光合作用增加其产量,然后借助生物链扩增CO2向有机碳的转化,再通过有机碳的重力沉降、矿化等机理来实现碳封存。大范围的海洋增肥能够增加渔业产量,从而带来商机,这也引起了一些商业团体的关注。

什么是碳排放交易?

碳交易(即温室气体排放权交易)也就是购买合同或者碳减排购买协议(ERPAs),其基本原理是,合同的一方通过支付另一方获得温室气体减排额。买方可以将购得的减排额用于减缓温室效应从而实现其减排的目标。

通常来说,碳交易可以分成两大类:其一是基于配额的交易。买家在“限量与贸易”体制下购买由管理者制定、分配(或拍卖)的减排配额,譬如《京都议定书》下的分配数量单位(AAU), 或者欧盟排放交易体系(EU ETS)下的欧盟配额(EUAs)。其二是基于项目的交易。买主向可证实减低温室气体排放的项目购买减排额。最典型的此类交易为CDM以及联合履行机制下分别产生核证减排量和减排单位(ERUs)。世界银行和国际排放贸易协会(IETA)去年10月发布的《2006 年碳市场发展状况与趋势分析》显示,无论就其市场价值或是成交量来说,截至2006年9月,EU ETS都是全球最大的碳市场,其成交额达到189亿美元,占全球碳市场总规模的87%,而同期CDM的成交额仅为碳市场总规模的11%。

实际上,早在《京都议定书》生效的同年,欧洲气候交易所(ECX)就上市了EU ETS下的二氧化碳排放权期货。除了ECX外,芝加哥气候交易所(CCX)芝加哥气候期货交易所(CCFX)也交易着相似现货和期货合约。此外,法国的Powernext Carbon是主要的欧盟二氧化碳排放配额现货交易市场。

除了排放权买家多集中在欧洲的因素外,适宜的场内交易机制为EU ETS框架下的温室气体排放权交易创造了良好的条件。事实上,对于历史上大多数大宗商品而言,标准化的场内交易都是推动该品种成交量上升的重要动力。而在为排放权市场提供了充足的流动性及定价参考的同时,场内交易也为交易所本身带来了良好的经济利益。各地希望上市排放权相关品种的举动也正基于对温室气体排放更为有效的控制以及相关经济利益的考虑。

碳金融

为从碳减排权中获得能源效率和可持续发展的收益,全球开始建立碳资本与碳金融体系,碳排放权进一步衍生为具有投资价值和流动性的金融资产。目前碳排放权的“准金融属性”已开始显现,并成为继石油等大宗商品之后又一新的价值符号。

碳税

碳税是一种污染税,排放的碳越多,付出的成本就越高。政府部门会先为每吨碳排放量确定一个价格,然后通过这个价格换算出对电力、天然气或石油的税费。由于征税使得使用污染燃料的成本变高,会促使公共事业机构、商业组织以及个人减少燃料的消耗及提高能源使用效率。

碳关税

与碳税不同,它指对在生产和使用过程中有大量温室气体排放的产品在贸易中征收关税。发达国家总是担心发展中国家在减排中出工不出力,如果发展中国家没达到发达国家的要求,就对其出口产品征收额外关税。这很容易变成阻碍全球商品流动性的新贸易壁垒。

碳政治

所谓“碳政治”,又可以称之为“气候政治”,是指各国围绕温室气体排放问题所形成的国际政治,而国际上关于温室气体排放又按照二氧化碳来计算,故称之为“碳政治”。

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