二氧化碳减排综述

陈通平 李建军，2 刘琪琪 熊天龙 刘勇军，2 尹华强，2

（1.四川大学建筑与环境学院，四川成都，610065；2.国家烟气脱硫工程技术研究中心，四川成都，610065）

二氧化碳是空气中常见的化合物，被认为是加剧温室效应的主要来源，因为具有保温作用的二氧化碳，会逐渐使地球表面温度升高。近几年，排放的二氧化碳等温室气体对环境的累积性影响日益明显，气候异常、自然灾害频发等给人类的生存带来了巨大的挑战，对二氧化碳等温室气体的控制已成为全人类共同的责任。

1 我国的能源利用与二氧化碳气体排放

随着中国经济的持续发展，能源需求逐年增长。中国能源消费结构中，煤占能源消费总量的70%左右，石油占20%左右，天然气占3%左右，这种以煤为主的能源消费结构是二氧化碳排放量居高不下的重要原因之一。从能源消费的二氧化碳排放强度看，中国为2.1吨二氧化碳/吨标准煤左右，比世界平均值高23%，居世界首位［1］。2010年工业部门能源消费量超过了23亿吨标准煤（发电煤耗计算法），占全国能源消费总量的71%，排放的二氧化碳约52.3亿吨，约占全国二氧化碳排放总量的70%［2］。经济增长和收入增长驱动着中国交通运输业客货运周转量的快速增长。2015～2020年，随着交通运输业能源消费的快速增长，其二氧化碳排放量将到达10.65亿吨［2］。随着我国未来的经济发展，二氧化碳的排放量从现在到2020年将呈持续增长趋势。因此，如何既有效又经济的实现CO2和其他温室气体的控制，将是一个巨大的挑战。

2 二氧化碳减排方法

当今社会发展与化石能源密不可分，控制或减少能源消耗的任何措施都将面临困难。如今认为可能控制二氧化碳排放的措施主要包括四类：提高能源利用效率、发展可再生能源、提高碳汇和发展碳捕集封存利用技术。

2.1 提高能源利用效率

如何在保证经济持续发展的基础上实现二氧化碳减排目标，其中一个有效的措施无疑是提高能源利用效率，提高能源利用效率是减少能源消耗强度、缓解能源供求结构矛盾的重要手段。而以煤为主的中国能源结构，实现减排关键的一步是控制燃煤二氧化碳的排放。可以采用：选煤技术、洁净燃煤技术、循环流化床锅炉、煤炭气化和液化技术、煤炭转化技术等，这些都是提高能源利用率、转化率和同时实现二氧化碳减排的有效方法。能源利用效率的提高不仅对国民经济增长有明显贡献，也会对温室气体减排有巨大的贡献。然而，中国和国际先进水平相比，单位GDP能源强度、主要耗能产品单位能耗、主要耗能设备能源利用效率等均有不同程度的差距，因此中国在节能和提高能源效率方面的潜力仍然很大。

2.2 发展可再生能源

化石能源是有限的，迟早会枯竭，而地球上的可再生能源不仅资源丰富，而且还无污染，在不久的将来必将取代化石能源成为能源消费结构中的主体。中国发展与改革委员会于2007年8月颁布《可再生能源中长期发展规划》，到2020年中国力争实现可再生能源占能源消费总量的15%。同时其他国家也相应的制定了发展规划，美国［3］、德国［4］等制定了核能系统技术路线图，日本［5］制定了到2030年能源战略技术路线图，欧盟等国际组织［6］进行了世界未来能源需求结构变化预测以及制定了氢能的技术路线图。化石能源直接燃烧会引起严重的环境污染，使用可再生能源，不仅能减少环境污染还能对二氧化碳减排做出贡献。

2.3 提高碳汇的吸收能力

碳汇，一般是指从空气中清除二氧化碳的过程、活动、机制，主要包括森林碳汇、湿地碳汇和水生生物碳汇。

2.3.1 森林碳汇

森林是全球碳循环的重要组成部分，主要是通过光合作用吸收CO2，放出O2，把大气中的CO2固定在植被和土壤中。森林碳汇功能不仅在缓解气候变暖趋势方面具有重要作用，而且森林碳汇抵消CO2排放已成为国际气候公约的重要内容［7］。张志华、彭道黎［8］从森林的碳汇和碳源双重功能，分析了森林管理措施对碳汇的作用和影响，同时根据我国森林资源现状，提出了加强森林管理和增加森林碳吸收的措施和建议。陈珂［9］等根据低碳经济及森林碳汇发展背景，总结了中国发展森林碳汇的现状及潜力，从技术、管理、社会3个层面分析了中国森林碳汇项目发展的障碍，并对其发展前景进行了展望。

2.3.2 湿地碳汇

被誉为“地球之肾”的湿地在维护区域性生态平衡方面具有其它生态系统所不能替代的独特作用。作为水生环境与陆生环境交汇的湿地，是全球碳循环过程中极其重要的角色。湿地一直被认为是大气CO2的重要碳汇，这点已得到广泛认可［10］。湿地面积仅占地球陆地面积的4%～6%［11］，但湿地系统却贮藏着全球高达20%～30%的碳物质［12］，其碳储量约为770×108吨，占到陆地生物圈碳素的35%，为全球最大的碳库［13］。

2.3.3 水生生物碳汇

在全球CO2含量升高的情况下，海水中的单细胞藻类浮游植物对碳汇的作用是显著的。研究表明主要是三个方面的原因：一是浮游植物广泛的分布在地球生态系统中并且数量巨大，是海洋生物主要的碳库；二是浮游植物也是通过光合作用直接吸收CO2，释放O2；三是浮游植物是海水中最大量的颗粒物，从海洋能学和动力学的角度改变全球气候，进而影响碳汇。

2.4 发展CCS、CCUS、CCU技术

二氧化碳减排除了生态的自我吸收、源头控制，另外最重要的思路便是末端治理。面对全球气候变化，人们从工程实践中得到启发，开发应用了一系列末端治理技术：CCS、CCUS、CCU 等。CCS（carbon dioxide capture and storage）是一项可实现大规模二氧化碳减排的前沿技术，根据IEA《能源技术展望2010》分析，到2050年，CCS技术将实现全球二氧化碳减排总量19%的目标，是仅次于改善能源效率的第二大减排技术［14］。由于CCS技术只是一种纯粹的投入行为，不能带来直接的经济效益，因而技术应用的持续性会受到影响。为了解决技术的经济性问题，现在的CCS项目更多地综合考虑CO2捕集后的利用问题，以创造项目的经济价值，于是提出了CCS向 CCUS （carbon dioxide capture utilization and storage）方向转变的思路。然而CO2地质封存在政策上、技术上以及社会认知及接受程度上具有种种障碍和制约，谢和平等［14］提出实现二氧化碳减排的 CCU（carbon dioxide capture and utilization）发展新理念，先避开CO2地质封存各种风险和不确定性、争取在CO2大规模利用技术上取得创新和突破。而其中碳捕集技术是实现其封存和综合利用等减排措施的基础和前提条件，工业上比较成熟的碳捕集分离技术主要包括吸收分离技术、吸附分离技术、膜分离技术、化学循环燃烧分离技术、水合物分离技术和电化学分离技术等［15］。

3 结语

工业革命前全球碳循环相对平衡，工业革命后开始的工业生产活动打破了这个简单的平衡，二氧化碳的排放超过了吸收。如何减少CO2的排放是一个关系到人类社会可持续发展的问题，从上面的分析可以看出二氧化碳减排的有效方法还是有很多，但在真正的实施过程中不仅仅需要的是先进科技的运用，还应该包括各个国家之间的政治、文化以及经济合作。人类文明社会的发展导致了温室气体的过度排放，未来也需要全人类共同协作消除二氧化碳等温室气体导致的全球性环境问题。

［1］齐晔.中国低碳发展报告（2014）［M］.北京：社会科学文献出版社，2014.

［2］戴彦德，胡秀莲，等.中国二氧化碳减排技术潜力和成本研究［M］.北京，中国环境出版社，2013.

［3］United States Department of Energy.National hydrogen energy roadmap.2：010－02－17.

［4］German Advisory Council on Global Change.World in Transition：Towards Sustainable Energy Systems.London and Sterling：Earthscan.2010－03－05.

［5］Ministry of Economy.Trade and Industry in Japan.Strategic technology roadmap energy field－energy technology vision 2100.2010－03－25.

［6］Agency for Natural Resources and Energy.Energy technology strategy （technology strategy map2007）［EB/OL］.http：//www.iae.or.jp/etm.htm，2010－03－14.

［7］张颖，吴丽莉，苏帆，等.森林碳汇研究与碳汇经济［J］.中国人口.资源与环境，2010，20（3）：288－291.

［8］张志华，彭道黎.森林管理对森林碳汇的作用和影响分析［J］.安徽农业科学，2008，36（9）：3654－3656.

［9］陈珂，陈雪琴，王秋兵.中国森林碳汇的障碍与前景分析［C］.第四届中国林业技术经济理论与实践论坛，2006.

［10］JEAN L M，PIERRE R.Production，oxidation，emission and consumption of methane by soils：A review［J］.European Journal of Soil Biology.2001，37（1）：25－50.

［11］SUDIP M，REINER W，PAUL L G V.An appraisal of global wetland area and its organic carbon stock［J］.Current Science.2005，88（1）：25－35.

［12］WILLIAM J M，JAMES G G.The value of wetlands：importance of scale and landscape setting ［J］.Ecological Economics，2000，（35）：25－33.

［13］段晓男，王效科，尹弢，等.湿地生态系统固碳潜力研究进展［J］.生态环境，2006，15（5）：1091－1095.

［14］谢和平，等.中国未来二氧化碳减排技术应向CCU方向发展［J］.中国能源，2012，10（34）：15－18.

［15］李晓斌.二氧化碳的捕集分离技术的研究进展［J］.广东化工，2014，5（41）：115－116.