浅谈我国二氧化碳减排途径及对策

赵 杰,李昌建,袁向华

(天津市环境保护科学研究院,天津 300191)

浅谈我国二氧化碳减排途径及对策

赵 杰,李昌建,袁向华

(天津市环境保护科学研究院,天津 300191)

在分析二氧化碳减排途径的基础上,分析了我国在节约能源、改变能源结构和二氧化碳埋存等方面的减排潜力,进而提出减排对策。

温室效应;二氧化碳;减排;途径;对策

1 温室效应与全球二氧化碳减排

1.1 温室效应与全球变暖

温室效应是由地球、大气层和太阳相互作用而产生的。大气中的二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟碳化物、六氟化硫等气体会吸收红外辐射,既可以让太阳辐射通过又能阻碍地球热量的发射,使地球与外层空间形成一个巨型温室,大气被加热,地球变暖,这种现象就是温室效应,产生这种效应的气体被称为温室气体。

温室效应是地球生命演化的必要条件。但是,温室气体排放过多,造成全球逐步变暖,也会产生诸多气候与环境问题。由于全球变暖,冰原融化使海平面升高,沿海地区将受到威胁,低洼地带将出现洪水。日本有学者研究认为,全球气候变暖会对农作物生理和生育状况、生长环境等产生影响,将增强土壤中微生物的活性,增加对作物危害的可能性。

1.2 全球应对温室效应的行动

为应对全球变暖,1990年 12月 21日联合国第 45届大会通过了第 45/212号决议,决定设立气候变化框架公约政府间谈判委员会,正式启动《联合国气候变化框架公约》 (UNFCCC)的谈判进程。该公约仅规定发达国家应在 20世纪末将温室气体排放恢复到其 1990年的水平,没有为发达国家规定量化减排指标。1997年 12月,149个国家和地区的代表在日本召开了《联合国气候变化框架公约》缔约方第三次会议。会议通过了旨在限制发达国家温室气体排放量以抑制全球变暖的《京都议定书》。议定书为 39个 OECD (经合组织)国家或国家集团和一些处于经济转型期的国家规定了二氧化碳等 6种温室气体减排的指标。2005年 2月,《京都议定书》正式生效。《京都议定书》中规定,在 2008年至 2012年间,上述国家温室气体的排放量要比 1990年的排放水平减少5.2%,如果不能完成减排承诺,将受到相关经济制裁。议定书对发展中国家没有提出指标要求。

2007年 12月,《联合国气候变化框架公约》第 13次缔约方大会和《京都议定书》第 3次缔约方会议在印尼巴厘岛举行,会议达成了“巴厘路线图”,明确规定所有发达国家缔约方都要履行可测量、可报告、可核实的温室气体减排责任,并强调了减缓气候变化、适应气候变化、技术开发和转让、以及资金等四个方面的问题,要求在 2009年完成谈判达成一份新协议,新协议将在《京都议定书》第 1阶段承诺 2012年到期后生效,为解决2012年后全球应对气候变化国际合作和进一步减排奠定了基础。

2009年 12月,联合国气候变化大会在丹麦哥本哈根召开,大会发表了《哥本哈根协议》,决定延续“巴厘路线图”的谈判进程,授权《联合国气候框架公约》及《京都议定书》两个工作组继续进行谈判,并在 2010年底完成工作。此次会议虽未达成具有法律约束力的协议,但其保持了“巴厘路线图”的授权,发展中国家的核心利益主张得到了充分体现,为下一步谈判奠定了基础。

1.3 我国应对气候变化的态度

我国政府始终坚持《京都议定书》中提出的“共同但有区别的责任原则”,在哥本哈根会议召开之前,就确定了 2020年我国控制温室气体排放的行动目标——单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降 40%～45%,并决定将其作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划,这足以体现我国碳减排的决心。因此,研究我国二氧化碳减排途径,分析减排潜力,有针对性地制定减排对策极为重要。

2 二氧化碳减排的主要途径分析

2.1 源头控制

二氧化碳的来源主要是矿物燃料燃烧过程(煤、石油、天然气等)和工业生产过程 (如水泥、钢铁和电解铝的生产过程)的产生和排放,其中矿物燃料燃烧是中国二氧化碳最主要的排放源,占总排放的 90%以上。因此,控制矿物燃料燃烧过程产生的二氧化碳是源头控制的重点,主要包括两个方面的途径:一是节约用能,提高能源利用率和转换率;二是采用燃料替代,大力发展低碳的化石燃料、可再生能源和新能源。

2.1.1 节约能源

节约用能,有效的提高能源的利用率,是减少二氧化碳排放的重要途径。近年来,美国、欧盟、日本等国纷纷提出了有关节能的政策目标。如美国于 2005年提出对使用节能电器和节能建材的居民减免税收;欧盟提出到 2020年节约能耗 20%的目标;日本提出到 2030年之前将 GDP的能耗减少30%。我国在“十一五”规划中也提出了 “十一五”期间单位 GDP能耗降低 20%的约束性指标。

我国能源利用率仅 33%,比发达国家低近约10个百分点,其中电力、钢铁、有色金属、石化、建材、化工、轻工、纺织等 8个行业主要产业的单位能耗平均比国际先进水平高 40%。近年来,随着建筑总量的不断攀升和居住舒适度的提升,建筑能耗呈急剧上升趋势,建筑耗能已与工业耗能和交通耗能并列,成为我国三大 “耗能用户”。我国建筑平均能耗是发达国家的 2～3倍,建筑相关能耗约占全社会总能耗的 30%,其中最主要的是采暖和空调,占到 20%。据统计,到 2020年,如果我国能够实现建筑节能 65%的总目标,由此而减少的二氧化碳排放量相当于英国二氧化碳排放量的总和。因此,相对于发达国家,我国节能潜力很大,通过节能降耗的方式减少二氧化碳排放比较容易实施,且具有较好的经济性。

2.1.2 调整能源结构,大力推广使用低碳或无碳燃料

当前,发达国家正积极研究采取石油替代战略。美国的“先进能源计划”提出,“在替代能源和清洁能源方面的研究投资增加 22%,最终目标是争取到 2025年替代 75%从中东进口的石油”。欧盟鼓励生物乙醇和生物柴油代替石油作为运输燃料。日本重点发展燃料电池、核电和生物燃料。中国于 2007年颁布的《可再生能源中长期发展规划》中提出加快发展核电、可再生能源和大力发展水电的多元化战略。

我国的水能、太阳能、风能等可再生资源丰富且分布广泛。根据 2003年全国水力资源复查成果,全国水能资源技术可开发装机容量为 5.4亿 kW;我国生物质资源可转换为能源的潜力约 5亿 t标准煤;全国陆地可利用风能资源 3亿 kW,加上近岸海域可利用风能资源,共计约 10亿 kW;全国 2/3的国土面积年日照小时数在 2200h以上,属于太阳能利用条件较好的地区。但是,我国可再生能源利用率不高,开发利用总量仅占一次能源消费总量的7.5%。由于技术等方面原因,潜在的可再生能源一直没有得到有效开发。因此,加大技术引进和开发的力度,可再生能源利用潜力巨大,减排二氧化碳的前景广阔。

2.2 末端控制

二氧化碳的末端控制是指将二氧化碳从化石燃料的利用中分离回收并加以封存。二氧化碳虽是对环境有严重影响的温室气体,但同时也是与人类生存密切相关的基本碳资源。自然界中,通过绿色植物的光合作用固定二氧化碳是合成有机物质的起始点,也是迄今为止回收和净化的主要手段。只是当前人类对化石燃料的过分使用,导致二氧化碳的排放速度超过了其自然净化能力。因此,各国尤其是发达国家纷纷投入大量资金进行二氧化碳回收利用技术的研发。近年来,二氧化碳的捕获和埋存技术正逐渐受到国际重视。

2.2.1 二氧化碳捕获

针对化石燃料燃烧中产生的二氧化碳,人们现在已经掌握了三种最主要且安全可行的技术路径:燃烧后捕获、燃烧前捕获和富氧燃烧捕获。

燃烧后捕获是指从化石燃料燃烧后产生的废气中采用液体溶剂和加热的方式将二氧化碳分离出来。美国在 20世纪 90年代后期就建立了数个一乙醇胺 (MEA)法脱碳的工业示范装置以捕集燃煤电站及燃气透平机排放的二氧化碳。

燃烧前捕获是首先将化石燃料转化为氢气和二氧化碳的混合气体,然后二氧化碳被液体溶剂或固体吸附剂吸收,再通过加热或减压得以释放和集中。该技术的关键是转化制氢及高温下氢气的膜分离系统。与燃烧后捕获相比,燃烧前捕获中碳的压力和浓度均相对较高,使得碳的分离更为容易,同时也提供了进一步应用新型碳捕获技术的可能性。

富氧燃烧捕获同样涉及燃料燃烧过程,但不同之处在于助燃剂是氧气而非空气。其燃烧后的废气也主要由水蒸气和高浓度的二氧化碳构成。

2.2.2 二氧化碳储存

将二氧化碳捕获并将其永久地封存,是实现二氧化碳减排的终端解决办法。为实现二氧化碳减排的承诺目标,发达国家纷纷开展了二氧化碳埋存的相关研究。欧盟启动了欧洲地质埋存燃烧化石燃料所排放的二氧化碳的潜力评价项目。英国也积极开展二氧化碳地质埋存的科研工作,启动了储层地学计划,参与了二氧化碳地质埋存国际研究与监测项目。荷兰从二氧化碳地质埋存的成本分析和二氧化碳地下行为等方面开展了研究工作。加拿大实施了二氧化碳地质埋存潜力评价计划。美国从 1999年就拟定了碳埋存科学计划。日本从 20世纪 90年代初就一直进行有关深海封存二氧化碳的技术试验研究,取得了一定成果。欧美及日本等国的经验表明,地下储存是处置二氧化碳的一种有效措施。二氧化碳地下储存是把从集中排放源分离得到的二氧化碳注入地下深处具有适当封闭条件的地层中储存起来。可用于地下储存的场地主要有油气田、沉积盆地内的咸水含水层和无商业开采价值的深部煤层等。

中国天然气资源比较丰富,天然气田分布较为广泛,可用于储存大量的 CO2。刘延峰等对我国天然气田储存 CO2的潜力评估得出,相应于天然气总地质储量的 CO2的储存容量约为 304.83×108t,相当于 2002年全国 CO2排放总量的 9.2倍;相应于探明天然气地质储量的 CO2储存容量约为 41.03×108t,相当于 2002年全国 CO2排放总量的 1.2倍。中国咸水含水层分布面积广,厚度大,储存容量巨大,李小春等利用溶解度法对我国咸水含水层CO2储存容量评价结果是 1.43505×1011t,相当于我国大陆地区 2003年 CO2排放总量的 40.5倍。中国煤炭和煤层气资源丰富,CO2煤层储存技术(CO2-ECBM)是地下储存方式之一,该技术的应用可在储存 CO2的同时增加煤层气的可开采量,从而降低 CO2地下储存成本。刘延峰等对我国使用 CO2-ECBM技术的 CO2储存潜力进行了评价,得出中国的 CO2煤层储存潜力约为 120.78×108t,相当于 2002年全国 CO2排放量的 3.6倍。以上研究表明,我国地质埋存二氧化碳的容量可观。因此,在做好环境风险评估的基础上,加快地质埋存技术的研发,我国二氧化碳地质埋存的潜力将十分巨大。

此外,生物储存、海洋储存和矿物储存也可作为二氧化碳的储存方式,但都处于理论研究和实验室研究阶段,要实现工业化应用,还有大量的技术问题需要解决。

3 中国二氧化碳减排的对策

从实现的难易程度和技术水平等方面考虑,我国二氧化碳减排应首先从节约能源、提高能源利用效率着手。针对我国能源利用效率低下的现状,提高能源利用水平,特别是煤炭利用效率,达到国际先进水平,是实现我国减少二氧化碳排放的短期途径,也是最容易实现的途径。因此,研发高效节能技术,尤其是具有较大节能潜力的建筑节能技术,制定鼓励使用节能技术的相应政策,是当前我国实现二氧化碳减排目标的重要手段之一。

其次,改变能源结构,使用低碳或者无碳燃料替代高碳燃料,也是我国二氧化碳减排的重要途径。充分利用我国可再生能源开发的巨大潜力,因地制宜地开发太阳能、风能、生物质能等可再生能源,不仅可以减少二氧化碳的排放,从长远来讲,还可以解决日益突出的能源问题。

随着全球二氧化碳排放量的日益增多,分离、回收并储存二氧化碳是我国及全世界二氧化碳减排的最终途径。发达国家已经在捕获技术和埋存潜力等方面开展了研究工作,并进行了试点研究监测工作。我国应在借鉴发达国家先进经验和技术的基础上,从研究二氧化碳埋存潜力和评估埋存技术的环境风险着手,逐步开展二氧化碳捕集埋存试点项目,早日使二氧化碳捕集和地质埋存技术在我国步入实用阶段。

4 结论

全球气候变暖已成为全世界普遍关注的问题。从刚刚结束的哥本哈根气候变化大会上可以看出,尽管发达国家和发展中国家在责任分担等具体问题上存在着分歧,但在对气候变化的事实和积极应对的紧迫性的认知上是完全一致的。我国作为发展中国家,在未来几年经济仍然要保持高增长的前提下,提出二氧化碳减排的行动目标,为应对全球气候变化作出了切实的贡献。从对不同的二氧化碳减排途径的分析可以看出,我国可以通过节约能源、使用可再生能源、以及地质埋存等手段减少二氧化碳排放。但是,所有的减排对策都需要相应的政策驱动和技术支持。因此,开展适合低碳发展的政策法规标准和技术的研究并予以实施,是我国在应对全球气候变化大背景下保持经济快速发展的必然选择。

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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