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2011年底,国务院了《“十二五”控制温室气体排放工作方案》,提出了“探索建立碳排放交易市场”,“加快构建国家、地方、企业三级温室气体排放核算工作体系,实行重点企业直接报送温室气体排放和能源消费数据制度”等要求。造纸和纸制品业是中国的能耗大户,涉及能源活动、工业生产过程、废水厌氧处理等多类温室气体排放机理,因此必将成为温室气体排放报告及碳排放交易的重要参与行业。
在国家发改委的组织下,清华大学与中国轻工业联合会合作,开发了《中国造纸和纸制品生产企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》,是我国碳排放交易市场建设中的一项重要的基础性工作,对合理分配企业的碳排放权、保证市场的公平性具有十分重要的意义。
二、方法学的技术概要
(一)核算边界
本方法的温室气体排放核算边界,是以造纸和纸制品生产为主营业务的独立法人企业或视同法人单位。
(二)排放源
企业核算边界内的关键温室气体排放源包括:
1、燃料燃烧排放:煤炭、燃气、柴油等燃料在各种类型的固定或移动燃烧设备(如锅炉、窑炉、内燃机等)中与氧气充分燃烧产生的二氧化碳排放。
2、过程排放:指工业生产活动中,除能源的使用以外所发生的物理变化或化学反应,导致温室气体排放。造纸和纸制品生产企业所涉及的过程排放主要是部分企业外购并消耗的石灰石(主要成分为碳酸钙)发生分解反应导致的二氧化碳排放。
3、废水厌氧处理的甲烷排放:制浆造纸企业产生工业废水,采用厌氧技术处理高浓度有机废水时会产生甲烷排放。
4、净购入电力和热力产生的排放:指企业净购入电力和净购入热力所隐含的燃料燃烧产生的温室气体排放。此类排放实际发生在其他企业所控制的发电和供热设施上。
(三)量化计算方法
企业的温室气体排放量是其各项排放源的排放量之和,按公式(1)计算。
EM = ΣEMi (1)
式中:EM―企业温室气体排放总量;EMi―企业核算边界内某项排放源的温室气体排放量;i―排放源类型,包括燃料燃烧、过程排放、废水厌氧处理、外购电力和外购热力等。按照以下内容核算各类排放源的温室气体排放量。
1、燃料燃烧排放
燃料燃烧导致的二氧化碳排放量是企业核算和报告年度内各种燃料燃烧产生的二氧化碳排放量的加总,按公式(2)计算:
■ (2)
式中:
E燃烧―核算和报告年度内化石燃料燃烧产生的二氧化碳排放量,单位为吨二氧化碳(tCO2);ADi ―核算和报告年度内第i种化石燃料的活动数据,单位为百万千焦(GJ);EFi ―第i种化石燃料的二氧化碳排放因子,单位为吨二氧化碳/百万千焦(tCO2/GJ);i―化石燃料类型代号。
燃料燃烧的活动数据是核算和报告年度内各种燃料的消耗量与平均低位发热量的乘积,按公式(3)计算:
ADi=NCVi×FCi (3)
式中:
ADi ―核算和报告年度内第i种化石燃料的活动数据,单位为百万千焦(GJ);
NCVi ―核算和报告年度内第i种燃料的平均低位发热量,采用本指南附录二所提供的推荐值;对固体或液体燃料,单位为百万千焦/吨(GJ/t);对气体燃料,单位为百万千焦/万立方米(GJ/万Nm3);具备条件的企业可遵循《GB/T 213煤的发热量测定方法》、《GB/T 384石油产品热值测定法》、《GB/T 22723天然气能量的测定》等相关指南,开展实测;
FCi ―核算和报告年度内第i种燃料的净消耗量,采用企业计量数据,相关计量器具应符合《GB17167用能单位能源计量器具配备和管理通则》要求;对固体或液体燃料,单位为吨(t);对气体燃料,单位为万立方米(万Nm3)。
燃料燃烧的二氧化碳排放因子按公式(4)计算:
■ (4)
式中:
EFi ―第i种燃料的二氧化碳排放因子,单位为吨二氧化碳/百万千焦(tCO2/GJ);CCi ― 第i种燃料的单位热值含碳量,单位为吨碳/百万千焦(tC/GJ),宜参考附录二表1;OFi ―第i种化石燃料的碳氧化率,宜参考附录二表1;■―二氧化碳与碳的分子量之比。
2、过程排放
过程排放量是企业外购并消耗的石灰石(主要成分为碳酸钙)发生分解反应导致的二氧化碳排放量,按公式(5)计算。
E过程 = L × EF石灰 (5)
式中:E过程―核算和报告年度内的过程排放量,单位为吨二氧化碳(tCO2);L ―核算和报告年度内的石灰石原料消耗量,采用企业计量数据,单位为吨(t);EF石灰―煅烧石灰石的二氧化碳排放因子,单位为吨二氧化碳/吨石灰石(tCO2/t石灰石),采用推荐值0.405吨二氧化碳/吨石灰石。
3、净购入电力产生的排放
企业购入的电力消费所对应的电力生产环节二氧化碳排放量按公式(6)计算:
E电=AD电×EF电 (6)
式中:E电 ―购入的电力所对应的电力生产环节二氧化碳排放量,单位为吨二氧化碳(tCO2);AD电 ―核算和报告年度内的净外购电量,单位为兆瓦时(MWh),是企业购买的总电量扣减企业外销的电量,活动数据以企业的电表记录的读数为准,也可采用供应商提供的电费发票或者结算单等结算凭证上的数据;EF电 ―根据企业生产地及目前的东北、华北、华东、华中、西北、南方电网划分,选用国家主管部门最近年份公布的相应区域电网排放因子,单位为吨二氧化碳/兆瓦时(tCO2/MWh)。
4、净购入热力产生的排放
企业购入的热力消费所对应的热力生产环节二氧化碳排放量按公式(7)计算。
E热=AD热×EF热 (7)
式中:E热 ―购入的热力所对应的热力生产环节二氧化碳排放量,单位为吨二氧化碳(tCO2);AD热 ―核算和报告年度内的净外购热力,单位为百万千焦(GJ),是企业购买的总热力扣减企业外销的热力,活动数据以企业的热力表记录的读数为准,也可采用供应商提供的热力费发票或者结算单等结算凭证上的数据;EF热 ―年平均供热排放因子,单位为吨二氧化碳/百万千焦(tCO2/GJ),可取推荐值0.11tCO2/GJ,也可采用政府主管部门的官方数据。
5、废水厌氧处理的排放
企业在生产过程中产生的工业废水经厌氧处理导致的甲烷排放量计算公式如下:
■(8)
式中,EGHG_废水―废水厌氧处理过程产生的二氧化碳排放当量,单位为吨二氧化碳当量(tCO2e);■―甲烷的全球变暖潜势(GWP)值,根据《省级温室气体清单编制指南(试行)》,取21。
■ (9)
式中:■―废水厌氧处理过程甲烷排放量(千克);TOW―废水厌氧处理去除的有机物总量(千克COD);S―以污泥方式清除掉的有机物总量(千克COD);EF―甲烷排放因子(千克甲烷/千克COD);R―甲烷回收量(千克甲烷);活动水平数据包括废水厌氧处理去除的有机物总量(TOW)、以污泥方式清除掉的有机物总量(S)以及甲烷回收量(R)。
(1)废水厌氧处理去除的有机物总量(TOW)数据获取
如果企业有废水厌氧处理系统去除的COD统计,可直接作为TOW的数据。如果没有去除的COD统计数据,则采用公式(10)计算:
■(10)
式中:W―厌氧处理过程产生的废水量(立方米),采用企业计量数据;CODin ―厌氧处理系统进口废水中的化学需氧量浓度(千克COD/立方米),采用企业检测值的平均值;CODout ―厌氧处理系统出口废水中的化学需氧量浓度(千克COD/立方米),采用企业检测值的平均值。
(2)以污泥方式清除掉的有机物总量(S)数据获取
采用企业计量数据。若企业无法统计以污泥方式清除掉的有机物总量,可使用缺省值为零。
(3)甲烷回收量(R)数据获取
采用企业计量数据,或根据企业台账、统计报表来确定。采用公式(11)计算排放因子:
EF=Bo*MCF (11)
对于废水厌氧处理系统的甲烷最大生产能力Bo,优先使用国家最新公布的数据,如果没有,则采用本指南的推荐值0.25千克甲烷/千克COD。对于甲烷修正因子MCF,具备条件的企业可开展实测,或委托有资质的专业机构进行检测,或采用本指南的推荐值0.5。
三、关键问题及解决
(一)中国造纸和纸制品生产企业是否涉及碳酸钠分解的排放
国外可能有少量碱法制浆企业采用纯碱(碳酸钠)作为原料,发生碳酸盐分解反应,排放二氧化碳,因此欧盟的温室气体排放监测报告与核查指令中包括了这种排放类别。但我国的碱法制浆企业基本不采用碳酸钠作为原料,在生产工艺和原料方面与国外存在较大差别,不会导致此类过程排放。
(二)如何考虑废水处理所导致的氧化亚氮排放
造纸和纸制品生产企业废水处理所导致的氧化亚氮排放不足企业总排放量的1%,因此本方法予以忽略。
(三)本指南所提供的石灰石分解排放因子推荐值为何略低于政府间气候变化专门委员会(IPCC)和欧盟缺省值
IPCC和欧盟缺省值为石灰石原料纯度和分解率均为100%情况下的理论值;但经企业调研和专家咨询,了解到我国石灰石原料纯度和分解率达不到100%,企业生产记录数据在95%左右,因此本指南根据我国实际生产情况进行了修正。
关键词:化工行业;二氧化碳;两阶段核算模型;减排潜力;
作者简介:顾佰和(1987-),男(满族),辽宁丹东市人,中国科学院科技政策与管理科学研究所,博士研究生,研究方向:绿色低碳发展战略与政策分析.
1引言
化工行业是经济社会发展的支柱产业,同时也是耗能和温室气体排放大户。国际石油和化工联合会的统计数据显示,2005年世界二氧化碳排放量约为460亿吨,其中化学工业的二氧化碳排放为33亿吨,约占7.1%[1]。中国是世界上最大的化工制品国之一。其中合成氨、电石、硫酸、氮肥和磷肥的产量均排名世界第一[2]。2000年到2010年,中国的化工行业工业产值增长迅速,其中几种主要化工制品例如:乙烯、电石、烧碱、硫酸、甲醇、硝酸等产品的产量在此期间增长了50%以上。2000-2010年化学原料及化学制品制造业能源消费量逐年上升,年均增长8.86%[3],占全社会能源消费总量的比重基本保持在10%左右。
我国化工行业产品结构不合理,高消耗、粗加工、低附加值产品的比重偏高,精细化率偏低。美国、西欧和日本等发达国家和地区的化工行业精细化率已经达到60%~70%,而目前我国化工行业的精细化率不到40%。且我国化工行业工艺技术落后,高耗能基础原材料产品的平均能耗比国际先进水平要高20%左右,因此我国化工行业存在较大的节能减排空间[4]。那么我国化工行业到底有多大的减排潜力,如何预测化工行业的温室气体减排潜力成为决策者和研究人员关注的焦点之一。
国内外学者围绕行业温室气体减排潜力评估展开了一系列研究,但研究集中于钢铁行业[5-6]、电力行业[7-8]、交通行业[9-10]、水泥行业[11-12]等产品结构较为单一的行业。而由于化工行业的产品种类繁多,且工艺流程各不相同,目前对于化工行业的温室气体减排潜力研究,从研究对象上主要集中于少数几种产品和部分工艺流程。Zhou[13]等全面细致的核算了中国合成氨生产带来的二氧化碳排放和未来的减排潜力,并据此提出了促进减排的政策措施。Neelis[14]等学者从能量守恒的角度研究了西欧和新西兰化工行业的68种主要工艺流程理论上的节能潜力。IEA[15-16]在八国集团的工作框架下,评估了化学和石油工业中49个工艺流程应用最佳实践技术(BestPracticeTechnology)短期内所带来的能效改善潜力。Patel[17]针对化学中间体和塑料等有机化学品给出了累积能源需求和累积二氧化碳排放量的核算流程和核算结果。
就关注的减排影响要素而言,主要涉及技术和成本两方面。技术层面上,Park[18]等通过调查五种节能减排的新技术,使用混合的SD-LEAP模型评估了韩国石油炼制行业的二氧化碳减排潜力;Zhu[19]从技术进步的视角采用情景分析方法从整个行业的层面研究了中国化工行业的二氧化碳减排潜力,并提出一系列促进化工行业碳减排的措施;卢春喜[20]重点概述了气-固环流技术在石油炼制领域中的研究与应用进展;王文堂[21]分析了目前化工企业节能技术进步所遇到的障碍,并对促进企业采取节能减排技术提出建议。成本方面,Ren[22]等对蒸汽裂解制烯烃和甲烷制烯烃两种方式的节能和碳减排成本进行了对比;戴文智等[23]将环境成本作为石油化工企业蒸汽动力系统运行总成本的一部分,构建了混合整数非线性规划(MINLP)模型,优化了多周期运行的石油化工企业蒸汽动力系统;高重密等[24]从综合效益角度出发提出了化工行业实施碳减排的相关建议以及化工园区实施碳减排的管理模式;何伟等[25]设计了节能绩效-减排绩效关系图及节能绩效、减排绩效与经济效益协调关系三角图。
在研究方法上,通过对以上文献的归纳,不难发现情景分析已成为行业温室气体减排潜力的主流分析框架。已有的国内外大部分相关研究都采用情景分析方法[5-12,13,18,19]。情景分析方法是在对经济、产业或技术的重大演变提出各种关键假设的基础上,通过对未来详细地、严密地推理和描述来构想未来各种可能的方案[26]。相比弹性系数法、趋势外推法、灰色预测法等传统的定量预测方法,情景分析法以多种假定情景为基础,强调定性与定量分析相结合。情景分析法在进行预测时,不仅可根据预测对象的内在产生机理从定量方法上进行推理与归纳,还可对各不确定因素(自变量)的几种典型的可能情况采取人为决策,从而更为合理地模拟现实。因此,情景分析法更加适用于影响因素众多、未来具有高度不确定性的问题的分析。此外,情景分析法与传统预测法还有一点显著不同。传统预测法试图勾绘被预测对象未来的最可能发生状况,以及这种可能程度的大小。而情景分析法采取的是一种多路径式的预测方式,研究各种假设条件下的被预测对象未来可能出现何种情况。在情景分析中,各种假设条件不一定会自然出现,但通过这样的分析,可帮助人们了解若要被研究对象出现某种结果需要采取哪些措施以及需要何种外部环境。
综观国内外学者的研究,有以下特点:从研究对象上来说,更多侧重于化工行业产品层面二氧化碳减排潜力的研究,而鲜有从行业整体层面的研究;从研究要素上来说,一般只考虑单一要素对二氧化碳减排的贡献,鲜有综合考虑化工行业内部结构调整、技术进步、政策变动等多因素的研究。鉴于此,本文结合化工行业的产品结构特点构建了一套化工行业二氧化碳减排潜力综合分析模型:首先结合化工行业产品种类繁多的特点,分别从行业和产品视角构建了一种两阶段二氧化碳排放核算模型;在此基础上,综合考虑化工行业的发展规模、结构调整、技术进步等因素,建立了化工行业二氧化碳减排潜力的情景分析方法,探索不同情景下化工行业的减排潜力和路径。最后运用该方法以中国西部唯一的直辖市、国家首批低碳试点城市———重庆市的化工行业为例进行应用分析。最后提出了我国化工行业低碳转型的对策建议。
2模型与分析方法
2.1核算边界
化工行业的二氧化碳排放包括两部分:一部分是由燃料燃烧产生的排放,另外一部分是工业过程和产品使用产生的排放。其中燃料燃烧产生的排放又分为化石燃料产生的直接排放以及电力、热力消耗产生的间接排放,为了体现化工行业对区域二氧化碳减排的贡献,本文将电力和热力消耗产生的间接排放也计算在内。此外,一些化工产品在生产活动中是吸碳的,例如尿素的生产,这部分被吸收的二氧化碳需要在计算中扣除。
2.2化工行业二氧化碳排放两阶段核算模型
为了能够得到化工行业全行业的二氧化碳排放量,同时能够综合考虑多种因素探索其二氧化碳减排潜力,本文针对化工行业特点构建了一种两阶段二氧化碳排放核算模型。模型中的主要参数名称及其含义见表1。
2.2.1基于全行业视角的核算方法
行业视角核算方法主要针对化工行业二氧化碳排放的历史和现状。本文所研究的化工行业包括国民经济行业分类中的化学原料及化学制品制造业、化学纤维制造业和橡胶制品业。化工行业是终端能源消费部门,通过能源平衡表,可以得到化工行业分能源品种的能源消耗量,根据2006年IPCC国家温室气体清单指南推荐的方法二,化工行业由燃料燃烧引起的二氧化碳排放量为:
部分产品在工业过程和产品使用中会产生二氧化碳排放,这部分排放量为:
此外,一些产品在生产过程中会吸收二氧化碳,被吸收的二氧化碳量为:
因此,基于行业视角核算的化工行业温室气体排放量为:
表1主要参数名称及其含义下载原表
表1主要参数名称及其含义
2.2.2基于产品视角的核算方法
化工行业产品种类虽多,但能耗相对集中在少数几种高耗能产品上,2007年,合成氨、乙烯、烧碱、纯碱、电石、甲醇这6种高耗能产品的能源消耗量占中国化工行业的54%[19]。现有的化工行业节能减排政策大部分集中在几种主要的高耗能产品上,因此从产品层面探讨化工行业的二氧化碳排放核算更具有现实意义。本文建立一种基于产品视角的核算方法来预测化工行业未来的二氧化碳排放。首先将化工行业由燃料燃烧引起的二氧化碳排放分为高耗能产品和其他产品两部分。某种高耗能产品的二氧化碳排放量为:
其中EMi为第i种高耗能产品单位产品的二氧化碳排放量,计算方法见式(6):
由于除主要耗能产品外的其他产品种类多,单个产品的能源消耗量不大,能源利用效率数据难以获得,所以难以从单位产品能耗的角度对这部分产品的二氧化碳排放进行核算,本文将这部分产品作为一个整体来考虑,引入单位产值的二氧化碳排放来解决这一问题。其他产品合计的二氧化碳排放量为:
工业过程和产品使用排放以及产品对二氧化碳的吸收同基于行业视角的核算方法。
因此,基于产品视角核算的化工行业温室气体排放量为:
2.3减排潜力情景分析模型
2.3.1减排潜力的定义
潜力就是存在于事物内部尚未显露出来的能力和力量。而减排潜力即存在于某一温室气体排放主体内尚未发掘的减排能力。为了能够量化表达,本文将减排潜力进一步定义为某一温室气体排放主体通过努力可以实现的减排量。
本文所关注的是化工行业未来的二氧化碳减排潜力,这里为化工行业设置多种不同的发展情景。不同情景下的行业内部结构、技术水平、所面临的宏观和微观政策各不相同,相应的会得到不同的二氧化碳排放路径。其中一种情景称之为BAU(BusinessAsUsual)情景,也叫照常发展情景,该情景下化工行业现有的能源消费和经济发展趋势与当前的发展趋势基本保持一致,沿用既有的节能减排政策和措施,不特别采取针对气候变化的对策。其他情景中化工行业分别针对气候变化做不同程度的努力。所谓化工行业的二氧化碳减排潜力,针对关注的指标不同,有两类不同的含义。一是绝对二氧化碳减排潜力,即目标年份中其他各情景的二氧化碳排放量相比BAU情景的减少量;二是相对二氧化碳减排潜力,即目标年份的二氧化碳排放强度相比基准年份降低的百分比。
通过同一年份各情景与BAU情景二氧化碳排放总量的横向比较,以及同一情景不同年份间二氧化碳排放强度的纵向比较,便可分别得到化工行业的绝对和相对二氧化碳减排潜力。
2.3.2情景分析模型
根据减排潜力的定义,y年份化工行业的绝对二氧化碳减排潜力为:
其中CEyBAU为y年份化工行业BAU情景的二氧化碳排放总量,CEly为y年份化工行业情景l下的二氧化碳排放总量。
相对二氧化碳减排潜力是针对二氧化碳排放强度设置的指标,化工行业的二氧化碳排放强度为:
,其中V为化工行业的工业增加值。由此可以得到,y年份化工行业的相对二氧化碳减排潜力为:
其中,为基准年化工行业的二氧化碳排放强度,CEIly为y年份化工行业在情景l下的二氧化碳排放强度。
3案例分析
3.1对象描述
本文应用上述模型方法以重庆市化工行业为例展开分析。化工行业是重庆市重要的支柱产业之一。2011年重庆市化工行业实现工业总产值902亿元,占重庆市工业总产值的比重达到7.6%。重庆市缺煤少油,但天然气资源丰富,重庆市是国内门类最齐全、产品最多,综合技术水平最高的天然气化工生产基地。但重庆市化工行业部分产品的工艺技术路线落后,产品结构有待调整优化。2009年重庆市化工行业的精细化率仅约20%,低于全国的30%-40%的平均水平,更低于发达国家的60%-70%的水平。
根据重庆市化工行业发展现状和趋势,本文选取了合成氨、烧碱、纯碱、甲醇、石油加工、乙烯和钛白粉这七种产品作为重庆市化工行业的主要耗能产品。其中,2005年合成氨、烧碱、纯碱、甲醇和钛白粉这五种产品合计的二氧化碳排放占化工行业总体排放的46.5%,而石油加工、乙烯将是重庆市化工行业“十二五”期间重点发展的石油化工产业链中的上游产品。本文利用前文所述的化工行业二氧化碳减排潜力分析模型,分析了重庆市化工行业分别到2015年和2020年的二氧化碳排放变化情况,并通过不同情景间的比较得到其减排潜力。
3.2情景设置
化工行业的能源消耗和二氧化碳排放主要由以下几方面因素决定:产业发展规模,产业内部结构,高耗能产品的产量,技术结构的调整,产品的技术进步率等。本文根据以上这些因素为重庆市化工行业设计了三个发展情景。
在这三种情景中,重庆化工行业未来经济发展变化的基本趋势保持一致。2005—2011年重庆市化学工业总产值年均增长29.5%,未来重庆化工行业将继续保持比较高的经济增长速度。根据《重庆市化工行业三年振兴规划》,到2015年重庆市化工行业总产值将达到2000亿元。由此本文设定2011-2015年重庆市化学工业总产值的年均增长率为23.0%,2015-2020年年均增长率降低到20.0%。与此不同的是,为了支持这种经济的发展需求,三种情景分别设定了不同的能源消费增长和利用模式,具体描述如下。
表2情景定性描述表下载原表
表2情景定性描述表
3.3数据来源及处理过程
重庆市化工行业总产值和增加值现状数据来自《重庆市统计年鉴》(2005-2012),化工行业未来总产值数据来自《重庆市化工行业三年振兴规划》;行业内部结构现状数据来自《重庆市化工行业统计公报》(2005-2010);化工行业分能源品种能源消耗量数据来自《中国能源统计年鉴》(2005-2012);各主要耗能产品产量数据来自《重庆市统计年鉴》(2005-2012);各主要高耗能产品综合能耗参照《中国化学工业年鉴》、《中国低碳发展报告2011~2012》、高耗能产品能耗限额标准(由国家标准化管理委员会制定和颁布)和《能效及可再生能源项目融资指导手册(2008)》,各主要高耗能产品未来所采用的工艺比例和能源消耗参考《2050中国能源和碳排放报告》中的设置,不同的情景将设置不同的技术参数;各种一次能源的二氧化碳排放因子以及各主要耗能产品工业过程与产品使用的排放因子均来自《省级温室气体清单编制指南》,电力的二氧化碳排放因子参考中国国家发改委每年公布的“中国区域电网基准线排放因子的公告”,蒸汽的二氧化碳排放因子通过重庆市的能源平衡表间接计算得到,单位尿素吸收的二氧化碳量用尿素的碳含量(12/60)乘以二氧化碳与碳的转换因子(44/12)得到。主要耗能产品的单价参照中国化工产品网的报价。
3.4结果分析
3.4.1绝对减排潜力
(1)行业总体排放情况
通过模拟计算,重庆市化工行业未来的二氧化碳排放量如下图1所示。
图1重庆化工行业各情景二氧化碳排放总量
图1重庆化工行业各情景二氧化碳排放总量下载原图
随着石油化工的引进,未来重庆化工行业将进入一个飞速发展的阶段。三个情景的二氧化碳排放总量都呈明显的上升趋势,但由于所采取的结构调整和技术改进措施不同,二氧化碳排放总量上升的幅度有所不同。
BAU情景中,由于精细化工比例不高,到2020年只为45%,技术进步率有限,二氧化碳排放上升幅度最大。2015年和2020年的二氧化碳排放量分别为2005年的7.5和13.3倍。
节能情景中,化工行业的精细化工比例相比BAU情景有所提高,到2020年达到50%,工艺设备的技术进步也更显著。2015和2020年二氧化碳排放总量比BAU情景分别低492万吨和1338万吨。
低碳情景中,化工行业的精细化比例进一步提高,到2020年达到55%左右,主要耗能产品的技术水平达到或接近国际先进水平。2015年和2020年二氧化碳排放总量比BAU情景分别低985万吨和2644万吨。
(2)主要耗能产品排放情况
2005年,合成氨、烧碱、纯碱、甲醇和钛白粉这五种主要耗能产品合计的二氧化碳排放量占重庆市化工行业总体二氧化碳排放的46.5%。未来由于化工行业产品结构的调整,高能耗产品产出占化工行业的比例越来越低,加上化工行业工艺技术的改善,尤其对主要耗能产品进行的技术改造,使得主要耗能产品的二氧化碳排放量在重庆化工行业二氧化碳排放总量中所占的比重越来越低,见下图2:
图2八种主要耗能产品合计二氧化碳排放占化工行业总体比重
图2八种主要耗能产品合计二氧化碳排放占化工行业总体比重下载原图
BAU情景中,2015年八种主要耗能产品占化工行业总体二氧化碳排放的比重为29.7%,到2020年降低到18.4%。
节能情景中,2015年八种主要耗能产品占化工行业总体二氧化碳排放的比重降至26.2%,到2020年进一步降低到16.7%。
低碳情景中,2015年八种主要耗能产品占化工行业总体二氧化碳排放的比重为22.0%,到2020年进一步降低到15.2%。
虽然未来各情景主要耗能产品的二氧化碳排放占化工行业总体的比重有所下降,但仍在化工行业中占有重要的地位,未来在进行产品结构调整的同时,主要耗能产品的节能减排仍将是化工行业实现二氧化碳减排的重要方面。
3.4.2相对减排潜力
(1)行业总体相对减排潜力
重庆市化工行业未来的二氧化碳排放强度(万元GDP二氧化碳排放量)如下图3所示。
图3重庆化工行业各情景二氧化碳排放强度
图3重庆化工行业各情景二氧化碳排放强度下载原图
与排放总量显著上升形成鲜明对比的是,重庆化工行业的二氧化碳排放强度下降明显。原因在于重庆化工行业在未来十年将进入一个飞速发展的阶段,2020年重庆化工行业的增加值相比2005年将增加30倍。而由于对高耗能产品规模的控制,精细化工比例的大幅提高,化工行业内部结构得到不断优化;同时由于化工行业的能效水平不断提高,到2020年逐步接近或达到国际先进水平,使得三个情景中,2020年重庆化工行业的二氧化碳排放总量相比2005年分别只增加了13.3、11.6和9.9倍。从而导致三个情景化工行业的二氧化碳排放强度均有较大幅度的下降。各情景二氧化碳排放强度相比2005年降低幅度见下表3。
表3重庆化工行业各情景二氧化碳排放强度相比2005年降低百分比下载原表
表3重庆化工行业各情景二氧化碳排放强度相比2005年降低百分比
(2)主要耗能产品相对减排潜力
随着节能减排技术的不断改进和推广,未来重庆市化工行业各主要耗能产品的单位二氧化碳排放量将不断降低,由于篇幅有限,本文仅以合成氨为例进行分析。
重庆市合成氨均以天然气为原料,2005年重庆市大型天然气制合成氨的比重仅为3.8%。单位合成氨二氧化碳排放量为3.0吨。若扣除末端尿素固碳量,则2005年单位合成氨二氧化碳排放量为2.7吨。未来由于大型天然气制合成氨所占比重越来越高,使得重庆市未来单位合成氨二氧化碳排放显著降低,见下图4和图5。
图4单位合成氨二氧化碳排放量
图4单位合成氨二氧化碳排放量下载原图
图5单位合成氨二氧化碳净排放量(去除尿素固碳)
图5单位合成氨二氧化碳净排放量(去除尿素固碳)下载原图
BAU情景中,2015年大型天然气制合成氨的比重达到50%,合成氨二氧化碳排放总量占化工行业总排放的6.7%,单位合成氨二氧化碳排放降低到2.2吨;2020年大型天然气制合成氨的比重达到80%,合成氨二氧化碳排放只占化工行业总排放量的3.8%,单位合成氨二氧化碳排放进一步降低到1.8吨。
节能情景中,2015年大型天然气制合成氨的比重达到60%,合成氨二氧化碳排放总量占化工行业总排放的5.3%,单位合成氨二氧化碳排放降低到2.0吨;2020年大型天然气制合成氨的比重达到90%,合成氨二氧化碳排放总量占化工行业总排放的2.9%,单位合成氨二氧化碳排放进一步降低到1.6吨。若扣除末端尿素固碳量,2015年和2020年重庆市合成氨的二氧化碳排放量分别可减少117.3万吨和146.7万吨,单位合成氨二氧化碳排放分别降低到1.1吨和0.7吨。
低碳情景中,2015年大型天然气制合成氨的比重达到70%,合成氨二氧化碳排放总量占化工行业总排放的3.8%,单位合成氨二氧化碳排放降低到1.8吨;2020年大型天然气制合成氨的比重将达到100%,合成氨二氧化碳排放总量仅占化工行业总排放的2.3%,吨合成氨二氧化碳排放进一步降低到1.5吨。
4结语
简单说,“低碳生活”就是提倡大家从自己的生活习惯做起,控制或者注意个人的碳排量,让全球二氧化碳的排放量降下来。因为追根溯源,过量排放二氧化碳才是“全球气候异常”的罪魁祸首。
2008年,在联合国等相关组织的推动下,“低碳概念”成为全球热门的环保议题。我们日常生活中的每个细节都开始直接跟“排碳量”挂钩。
关于“低碳生活”的环保议题一出,顿时得到全球关注。
控制二氧化碳的排放量才能拯救地球。也许从2008年起,你身边的“环保达人”不再告诉你有多少环保事业需要你去支持,而会直接简明地询问你今年,你节省了多少碳?
被量化的碳生活
对二氧化碳“斤斤计较”
台湾青年张杨乾每天上班的第一件事情,就是花费10分钟在博客里记录下自己每天的碳排量。
把每天的生活轨迹跟二氧化碳的排放量直接挂钩,张杨乾是华人第一人。因此在台湾,他被称为“减碳达人”,他的“低碳部落格”也在2007年被评为“台湾公益应用最佳博客”,每天的点击量达到上千次。
张杨乾尝试着记录下自己每天的碳排量,为的是看一下到底哪种生活习惯排放出的二氧化碳最多。2007年4月,他的“减碳”日记开始了。
在一年多的时间里,张杨乾从每天排碳16公斤左右,降至每天排碳8公斤-9公斤。而据台湾环境署的数据统计,台湾一个人平均每天排碳16.7公斤。“我发现开空调是最不环保的。开一小时空调要排放0.6公斤二氧化碳,台湾夏天很热,大家开一天,就差不多8公斤排碳量了。”张杨乾说。
少坐一次电梯,可以减2公斤-6公斤碳
“我并不是想当苦行僧,号召大家都向我学习。我只是想通过记录碳足迹,给大家一个最直观的减碳方式。”张杨乾说,“这一年多,我自己也在寻找什么样的方式是最减碳的。可能这种生活方式民众都没有注意到,但是你稍加改变就可以为环保作贡献。比如你少坐一次电梯,就可以减碳2公斤-6公斤,比如笔记本电脑就比台式电脑要排碳少。”张杨乾主张的是“在不完全牺牲生活的前提下,用聪明的方式减少碳的排放量”。
“碳计算器”网上走红
“如果你用了100度电,那么你就排放了78.5公斤二氧化碳。为此,你需要植一棵树;如果你自驾车消耗了100公升汽油,那么你就排放了270公斤二氧化碳,为此,需要植三棵树……”一种特殊的二氧化碳排放量计算器这样告诉人们。
中国社科院博士冯奎说,一项权威调查显示,1999年-2002年,每年我国城镇居民生活用能已占到了全国能源消费量的大约26%,二氧化碳排放的30%是由居民生活行为及满足这些行为的需求造成的。“尽管目前中国人均二氧化碳排放量仍然相对较低,但增长速度很快。所以,我们个人的‘低碳’活动对于全球温室气体的减排也相当有意义。”
减碳,在生活的每一个细节
人们应该怎么做,才能实现“低碳生活”方式,并进而推动“低碳经济”的发展?
6月10日,中国环境与发展国际合作委员会和世界自然基金会(WWF)共同了《中国生态足迹报告》,表明在中国推行“低碳生活”方式、推进“低碳经济”发展形势紧迫。报告指出,自20世纪60年代以来,中国的人均生态足迹持续增长了约两倍。中国如果希望减少生态赤字,可以从两个方面人手,即从简单的事情做起和优先解决见效慢的问题。
“低碳生活”方式
《改变生活方式:气候中和联合国指南》指出,只要采取一些很简单的措施,就可以减少一个人每天一半的温室气体排放量。如果像电力公司、汽车制造商以及航空设备制造商这样的企业也努力实现绿色经济,那么我们可以削减更多的温室气体排放。
研究表明,如果每个飞机旅客将携带的行李减少到低于20公斤,就可能在全球范围内,每年削减200万吨二氧化碳的排放。
开始你的“低碳的一天”
造成温室气体排放的一半是我们可以人为控制的,例如我们的驾车方式、航空旅行方式、房屋的能源以及取暖方式。在余下的个人难以控制的50%中,有大约一半间接来源于为我们的工作提供能源,有10%以上来源于对基础设施和政府部门的维护,剩下的大约20%来自于商品的生产。
《改变生活方式:气候中和联合国指南》提出,应怎样开始“低碳的一天”呢?在你关掉发条时钟后,穿上日晒晾干的衣服,接下来的刷牙和早餐应该怎么做呢?请考虑以下几方面:
――选择非电动牙刷将避免近0.048公斤二氧化碳的排放;
――用节能灯替换60瓦的灯泡,可以将产生的温室气体减少4倍;
――在午餐休息时间和下班后关掉你的电脑和平板显示器,可以将这些电器的二氧化碳排放量减少1/3;
――购买使用节水型淋浴头,不但每分钟会节省10公升的水,而且也将洗3分钟热水澡造成的二氧化碳排放量大幅削减到一半。
未来,“碳”将贵如金
1林业是发展低碳经济的有效途径
林业是减排二氧化碳的重要手段。部分研究认为,林业减排是减排二氧化碳的重要手段。首先,通过抑制毁林、森林退化可以减少碳排放;其次,通过林产品替代其他原材料以及化石能源,可以减少生产其他原材料过程中产生的二氧化碳,可以减少燃烧化石能源过程中释放的二氧化碳[2]。
1.1毁林、森林退化与碳排放近年来,大部分的毁林活动都是由人类直接引发的,大片的林地转变成非林地,主要活动包括大面积商业采伐以及扩建居住区、农用地开垦、发展牧业、砍伐森林开采矿藏、修建水坝、道路、水库等[3]。在毁林过程中,部分木材被加工成了木制品,由于部分木制品是长期使用的,因此,可以长期保持碳贮存,但是,原本的森林中贮存了大量的森林生物量,由于毁林,这些森林生物量中的碳迅速的排放到大气中,另外,森林土壤中含有大量的土壤有机碳,毁林引起的土地利用变化也引起了这部分碳的大量释放。因此,毁林是二氧化碳排放的重要源头。毁林已经成为能源部门之后的第二大来源,根据IPCC的估计,从19世纪中期到20世纪初,全世界由于毁林引起的碳排放一直在增加,19世纪中期,碳排放是年均3亿t,在20世纪50年代初是年均10亿t,本世纪初,则是年均23亿t,大概占全球温室气体源排放总量的17%。因此,IPCC认为,减少毁林是短期内减排二氧化碳的重要手段。
1.2林木产品、林木生物质能源与碳减排①大部分研究认为,应将林产品碳储量纳入国家温室气体清单报告,主要理由是林产品是一个碳库,伐后林产品是其中一个重要构成部分[4]。通过以下手段,可以减缓林产品中贮存的碳向大气中排放:大量使用林产品,提高木材利用率,扩大林产品碳储量,延长木质林产品使用寿命等。另外,也可以采用其他有效的手段来减缓碳的排放,降低林产品的碳排放速率,如合理填埋处置废弃木产品等方式,这样,甚至可以让部分废弃木产品实现长期固碳。在森林生态系统和大气之间的碳平衡方面,林产品的异地储碳发挥了很大的作用。②贾治邦认为,大量使用工业产品产生了大量的碳排放,如果用林业产品代替工业产品,如减少能源密集型材料的使用,大量使用的耐用木质林产品就可以减少碳排放。秦建华等也从碳循环的角度分析了林产品固碳的重要性,林产品减少了因生产钢材等原材料所产生的二氧化碳排放,又延长了本身所固定的二氧化碳[5]。③以林产品替代化石能源,也可以减少因化石能源的燃烧产生的二氧化碳排放。例如,木材可以作为燃料,木材加工和森林采伐过程中也会有很多的木质剩余物,这些都可以收集起来用以替代化石燃料,从而减少碳的排放;另外,林木生物质能源也可以替代化石燃料,减少碳的排放。根据IPCC的预计,2000—2050年,全球用生物质能源代替的化石能源可达20~73GtC[6]。相震认为,虽然通过分解作用,部分林产品中所含的碳最终重新排放到大气中,但因为林业资源可以再生,在再生过程中,可以吸收二氧化碳,而生产工业产品时,由于需要燃烧化石燃料,由此排放大量的二氧化碳,所以,使用林产品最终降低了工业产品在生产过程中,石化燃料燃烧产生的净碳排放[7]。林产品通过以下两个方面降低碳排放量:一是异地碳储燃料,二是碳替代。这两方面可以保持、增加林产品碳贮存并可以长期固定二氧化碳,因此,起到了间接减排二氧化碳的作用。
从以上分析可知,林业是碳源,因此在直接减排上将起到重大作用;林业可以起到碳贮存与碳替代的作用,可以间接减排二氧化碳。因此,林业是减排二氧化碳的重要手段。有些研究认为林业在直接减排二氧化碳方面的作用不大。这是基于较长的时间跨度来考察的,认为林业并不是二氧化碳减排的最重要手段,工业减排是发展低碳经济的长久之计;但是从短时间尺度来考察,又由于CDM项目的实施,林业是目前中国碳减排的一个重要的不可或缺的手段。
2森林碳汇在发展低碳经济中发挥的作用巨大
绝大部分的研究认为,林业是增加碳汇的主要手段。谢高地认为,中国的国民经济体系和人类生活水平都是以大量化石能源消耗和大量二氧化碳排放为基础。虽然不同地区、不同行业单位GDP碳排放量有所差别,但都必须依赖碳排放以求发展。这种依赖是长期发展形成的,是不可避免的,我国现有的技术体系还没有突破性的进展,在这之前要突破这种高度依赖性非常困难,实行减排政策势必会影响现有经济体系的正常运行,降低人们的生活水平,也会产生相应的经济发展成本[8]。谢本山也认为,中国还处于城镇化和工业发展的阶段,需要大量的资金和先进的技术才能使这种以化石能源为主要能源的局面有所改变,而且需要很长的周期,目前的条件下,想要实现总体低碳仍然存在较大的困难。与工业减排相比,通过林业固碳,成本低、投资少、综合收益大,在经济上更具有可行性,在现实上也更具备选择性[9]。从碳循环的角度上讲,陶波,葛全胜,李克让,邵雪梅等认为,地球上主要有大气碳库、海洋碳库、陆地生态系统碳库和岩石圈碳库四大碳库,其中,在研究碳循环时,可以将岩石圈碳库当做静止不动的,主要原因是,尽管岩石圈碳库是最大的碳库,但碳在其中周转一次需要百万年以上,周转时间极长。海洋碳库的周转周期也比较长,平均为千年尺度,是除岩石碳库以外最大的碳库,因此二者对于大气碳库的影响都比较小。陆地生态系统碳库主要由植被和土壤两个分碳库组成,内部组成很复杂,是受人类活动影响最大的碳库[10]。从全球不同植被类型的碳蓄积情况来看,森林地区是陆地生态系统的碳蓄积的主要发生地。森林生态系统在碳循环过程中起着十分重要的作用,森林生态系统蓄积了陆地大概80%的碳,森林土地也贮藏了大概40%的碳,由此可见,林业是增加碳汇的主要手段。聂道平等在《全球碳循环与森林关系的研究》中指明,在自然状态下,森林通过光合作用吸收二氧化碳,固定于林木生物量中,同时以根生物量和枯落物碎屑形式补充土壤的碳量[11]。在同化二氧化碳的同时,通过林木呼吸和枯落物分解,又将二氧化碳排放到大气中,同时,由于木质部分也会在一定的时间后腐烂或被烧掉,因此,其中固定的碳最终也会以二氧化碳的形式回到大气中。所以,从很长的时间尺度(约100年)来看,森林对大气二氧化碳浓度变化的作用,其影响是很小的。但是由于单位森林面积中的碳储量很大,林下土壤中的碳储量更大,所以从短时间尺度来看,主要是由人类干扰产生的森林变化就有可能引起大气二氧化碳浓度大的波动。根据国家发改委2007年的估算,从1980—2005年,中国造林活动累计净吸收二氧化碳30.6亿t,森林管理累计净吸收二氧化碳16.2亿t。李育材研究表明,2004年中国森林净吸收二氧化碳约5亿t,相当于当年工业排放的二氧化碳量的8%。还有方精云等专家认为,在1981—2000年间,中国的陆地植被主要以森林为主体,森林碳汇大约抵消了中国同期工业二氧化碳排放量的14.6%~16.1%。由此可见,林业在吸收二氧化碳方面具有举足轻重的作用。
3发展森林碳汇的难点
阳光明媚的日子里,当你在海边沙滩上放松休闲时,灼热的阳光会直接照射到你身上。为防止耀眼的阳光刺伤眼睛,我们可以戴上太阳镜或者帽子。科学家们根据这一现象,提出一种与太阳镜类似的策略应对全球变暖:在地球轨道附近,用无数个小型超薄镜片或者微型太空船给地球制造一个圆环。这个环会减少地球直接受到的太阳辐射,抵消一些温室气体引起的全球变暖。但是这个怪异的点子造价相当昂贵,可能要花费数万亿美元。
2.往海水中加铁
海洋中有一些浮游植物可以利用空气中的二氧化碳制造食物,而当它们死亡后,就会沉入海洋底部,碳也随之储存到海底。因为铁可以刺激浮游植物生长,一些人因此建议向海洋中加铁,制造大量的浮游生物,以吸收人类排放到大气中的过量二氧化碳,几家私人公司甚至已经在尝试向海洋中倾倒铁。但是许多科学家担心,这种人工方法导致的突然变化会给野生动植物和食物链造成不良影响,危害到海洋生态系统。此外,谁也不能保证浮游生物吸收二氧化碳后会沉到海底,安全地在海底度过几百或几千年。二氧化碳也可能从浮游生物体内重新回到大气或海洋中,使部分海水变酸缺氧。一些喜欢硝酸盐的细菌会因此繁殖并释放一氧化二氮,从而造成恶性循环。
3.用管子搅动大海
环境保护人士、未来学家詹姆士’洛夫洛克近来提出一项缓解全球变暖的怪异方法:使用管子搅动海洋,将深海中营养丰富的海水带到表面上来,让藻类能够繁盛生长,从而吸收大气中的二氧化碳。这种方法很有潜力,因为即使我们现在停止向大气中排放温室气体,全球变暖依然还在继续。
4.往空中撒硫磺
一些特殊的微粒可以漂浮在空中,它们具有冷却大气的作用。这些粒子可以截留一些太阳辐射,甚至可以将一些辐射反射回太空中。同样,火山喷发后,数百吨硫磺进入大气层,从而令地球气候在更短时间内冷却下来。基于这些现象,一些科学家们建议,我们可以模仿自然,将一些硫磺喷入大气层,抵消全球变暖。但是其中的一个问题是,大量硫磺会导致酸雨的产生。另外,为了保持冷却,需要经常向大气中注入硫磺,否则全球依然会持续变暖。
5.养蠕虫消灭剩余食品
厨房蠕虫听起来像是城市里新发现的麻烦,这可能是恐怖电影里的主要情节。然而实际上,这些蠕虫却非常有用。它们不仅可以吃掉厨房垃圾中剩余的三明治和果核,还能将它们转化成肥料。目前,美国洛杉矶的上班族们经常在办公室中放置一个塑料箱,里面饲养着这些蠕动的生物,以回收他们的午餐垃圾。
6.少吃肉多步行
如果更多美国人日常选择步行和不吃红肉,全世界二氧化碳的排放量会减少很多,肥胖问题也会得到缓解。一名科学家经过计算发现,如果所有10岁至74岁的美国人,每天不开车而是走路半个小时,美国每年二氧化碳排放量可以减少6400万吨。此外,改变饮食方式也可以减少二氧化碳排放。联合国粮食计划署报告称,肉类工业占全球温室气体排放的18%,其中包括动物粪便产生的温室气体和在运输动物食物与肉类过程中消耗的能量。
7.将多余的二氧化碳埋入地下
大气中二氧化碳增加后,地球就会开始变暖。一些科学家提议将多余的温室气体埋在地下含水层、煤层、石油或者天然气层中。为此,二氧化碳首先要从工厂中分离出来,被压缩后注入“地下坟墓”,它们可以在地下保持数千年。但是,这种方法的一个问题是成本太高,一些环境保护组织还担心这些气体会渗漏出地表。
8.住进垃圾里
这并不意味着你必须停止扔垃圾,并住进大量食物包装袋或者其他垃圾中。英国利兹大学一位工程师利用废物,如回收的玻璃、下水道软泥以及焚尸炉灰烬等,创造出一种新型建筑材料,被称为“沥青砖”。据说,生产“沥青砖”消耗的能量要比生产传统的砖节省得多,而且它的强度是普通砖块的6倍,因此绝对是一种高性能的产品。其他科学家还建议使用家禽废物,比如鸡毛制造更加环保的塑料等。
9.限制温室气体的排放量
通过“总量管制与交易制度”减少全球温室气体排放可能不算一种科学方法,但它却是一种有效的政治策略。通过修补正在排放污染的核电站,限制商业、工业以及各个国家排放二氧化碳的数量,或者征收温室气体排放税等方法,都有助于降低全球二氧化碳的排放量。目前,许多国家已经自愿签署了《京都议定书》。但是美国担心损害经济,拒绝在协议上签字,只有加州同意限制二氧化碳排放。
10.限制灯泡和塑料袋的使用