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金    涌:说说“低碳经济”那些事

发布时间:2013-01-15
——文/本刊记者:王媛


    2008 年10 月,联合国政府间气候变化研究专家小组发布《2007 年度全球气候变化研究报告》,预测从1990 年到2100年的一个多世纪里,地球表面平均气温将可能升高1.1℃至6.4℃,到本世纪末,世界上很多地区的地表温度都将超过50℃。2008 年12 月,美国科学家根据对北极和北大西洋生态环境的研究发表声明说:目前的气候变暖趋势速度空前,是5000 年以来最剧烈的。
    全球气候异常导致气候灾难更加频繁,更加猛烈,未来的水世纪场景和干旱缺水的悲剧会同时到来,现在全球气温上升已经不是远虑而是近忧,大自然能够满足人类的需求,但是满足不了人类的贪婪,世界各国都将进行痛苦抉择,低碳世界到来是人类世界一个可贵的觉醒。
    国务院新闻办今年10 月发布了《中国应对气候变化的政策与行动》白皮书;11 月,我国首部《中国碳平衡交易框架研究》报告在北京公布,《报告》建议:我国应建立以省级为单位的“碳源-碳汇”交易制度。这些让我想起了今年9 月份在郑州黄河迎宾馆关于节能减排、环境保护、生态文明等论坛上的讨论,来自我国各个领域的顶尖专家纷纷发表自己的最新研究成果,高招频出,金涌院士的报告《低碳经济与能源产品工程》更是让我们对低碳经济有了更深刻的理解。在论坛罅隙,我们有幸和金院士有了个正面接触,共同探讨了有关“低碳经济”那些事。
    “资源不是无限的,而是越用越少。只有大力发展循环经济,整个经济社会才能实现可持续增长。”———金涌院士语
    金涌院士说,人类社会面临的危机是由于300 年来工业社会的经济单向发展模式造成的。一方面大量的资源、化石能源的开采,制造了成百上千万种产品;另一方面产品消费后大量废弃造成了环境污染和生态退化。时代呼唤一种新的生产模式和生活方式来解决经济社会高速发展的持续性与资源、能源、环境容量有限性的突出矛盾。
    人类社会,特别是到了近代工业社会以后,生产生活需要消耗大量的能源,煤、石油等化石能源被大量开采,而正是这种开采和消耗使地球上“碳”的存在形式发生了改变———原来在地下的煤和石油中,属于“地下碳库”,燃烧之后以二氧化碳的形式排向大气,致使地层中沉积碳库的碳以较快的速度流向“大气碳库”。本来二氧化碳是植物进行光合作用的主要原料,可以转化为氧气释放到空气中,为其他生物所利用。但是由于二氧化碳的迅速增加,就引发了温室效应,对人类以及整个地球环境系统产生了危害。18 世纪中叶,大气中二氧化碳的浓度约为280ppm (1ppm 为百万分之一)。目前,全世界每年向大气排放的二氧化碳总量在300 亿吨左右(我国的排放量约占世界总量的13%)。虽然,世界多数工业国家已签署了针对二氧化碳减排计划的全球性公约———《京都议定书》,但“减排”仍是世界性的任务和目标。如何能有效控制二氧化碳排向大气?这些都是摆在我们面前的课题……
    化石能源(煤、石油等)的燃烧、使用,是产生大量二氧化碳的根本原因,所以,如火力发电厂、建材、陶瓷、水泥、玻璃、冶金及石油化工等行业都燃烧化石燃料,不但耗能巨大,也成为最主要的排放源,其中火力发电是排放二氧化碳的最大行业,约占全球人类活动排放二氧化碳的1 / 4。我们要减少大气中的二氧化碳,一是在工业生产本身产生更少的二氧化碳。二是如果产生了,也不让它进入大气中去,而是通过技术手段把它回收、利用、转化或使其重新埋藏于地下。三是排到大气中后,被更多的森林等植被有效吸收。这三种方式不同,但总的目标是减少大气中二氧化碳的藏量。其中第一、二方面直接作用于我们的生产、生活和经济建设中,所以,其实质就是要在经济运行中实现低碳经济。
    “低碳经济”一词最早正式出现于2003 年的英国能源白皮书《我们能源的未来:创建低碳经济》,是指以低能耗、低污染为基础的绿色生态经济。基于这一理念,低碳经济的主要内容应包括:合理调整产业与能源结构,围绕能源及化学品的生产、运输、分配、使用和废弃全过程,开发有利于节能和降低二氧化碳排放的技术与产品,关注其捕集、重复利用和埋藏,制定配套的政策,以实现节约能源、保护自然生态和经济可持续发展的总目标。
    在我国,高耗能行业节能潜力与减缓碳排放的潜力都十分巨大。比如,钢铁企业,采用可循环钢铁生产流程,使能源高效转换利用再进行发电或水泥生产,可大大降低钢铁及相关工业总能耗,减少二氧化碳排放量。再如我国的回收废旧物资总量已达到8400 多万吨,对这些再生资源(垃圾)进行充分利用,不仅使废物资源化,而且也保护了环境,减少二氧化碳排放量,如每利用1 吨废铜,相当于少开采100 吨至200 吨矿石,少产生100 多吨工业废渣,少产生几十吨的二氧化碳。另外一个重要措施大家可能都能想到,那就是发展可再生能源、绿色能源,如风能、太阳能、核能、海洋能等,代替化石能源。2006 年我国可再生能源利用量已经折合2 亿吨标准煤,占一次能源消费总量的8%,这就相当于减排约6 亿吨二氧化碳。可再生能源是大方向,我想今后所占比重会越来越大。除了可再生能源外,我们对化石能源的使用也要有新的认识,比如,燃烧不同燃料获得的单位热量需排出的二氧化碳量是不同的,以煤为最高,天然气为最低,所以,如果大规模投资建设由煤生产燃料油装置, 这显然是极不合理的。再如煤层气,也是一种与天然气相同的洁净的高热值的气体能源,在煤炭开发过程中回收煤层气并加以利用,不仅可以增加洁净能源的供应,改善煤矿安全,还可以减少甲烷的排放。
    “要让人们珍惜自然环境,就需要对人类所消耗的环境资源进行定量和计量。”———金涌院士语
    “要让人们珍惜自然环境,就需要对人类所消耗的环境资源进行定量和计量。”金涌院士举了个例子:欧盟规定25个成员国无偿取得温室气体总排放额度后,哪个成员国超过额度,则需向其他成员国购买额度。他认为,只有有度量后,人们才不会觉得自然资源是无穷无尽的,才不会无限度地索取。
    金院士建议把资源环境有偿消费纳入市场经济体制,通过市场这只无形的手推动生态文明建设,政府和多种社会组织通过制度、机制、道德和教育的建设,促进生态文明的软科学,形成社会监督、社会舆论监督是推动生态文明建设一只有形的手。
    我们更需要先进的科技推动资源循环利用,实现生态可持续发展,硬技术就是另一只若隐若现的手。
    二氧化碳的收集封存是目前国际上大规模减少向大气中排放二氧化碳的重要手段,即把化石燃料燃烧产生的二氧化碳进行收集,并将其安全地存储于地质结构层中,从而减少其排放。这种方法在上世纪70 年代被提出,但直到上世纪90 年代初,才得到认可,目前二氧化碳地质埋存因其存储规模大、技术可行已被广泛认为是一种潜在的、可供选择的减排方案。
    目前世界上已有这样的二氧化碳地质埋存示范项目近30 个、地质埋存研发项目70 多个,主要的国家有挪威、加拿大、美国等。埋存的地点和地层空间也不是随意的,埋存主要选择采空的油气层储存、强化采油回注储存、深部的盐水储层、不能开采的煤层以及深海等。而且,其中的强化采油回注储存并不是简单的埋存,在某种程度上可以说是对二氧化碳大规模的利用。我们知道,通过几十年的大规模开采,许多油田面临枯竭,或者说所蕴藏的原油埋存深而且分散,开采难度越来越大,而把二氧化碳作为驱油材料注入油气田下,一方面加大了压力,另一方面二氧化碳易与油混合,流动性增强,使藏在较深层的或岩缝里的大量石油“涌”向地表,易于开采,用这种方法一般可提高石油采收率10%至15%。而且,每增产1 吨原油,二氧化碳的消耗量达3 吨至7 吨,想想我们每年要开采上亿吨的石油,所以这种强化驱油的方法是最大规模回收和利用二氧化碳的途径。这些已经开采的油气层和废弃的油气储层地质特征清楚,注入和埋存二氧化碳也就有据可依,不会产生不良影响。
    二氧化碳通过回收利用可以作为新碳源来对待,即通过化学、光学、电学、生物化学等全新的技术将二氧化碳转化为各种有用物质, 可取得不错的经济效益和社会效益。但是也应该看到,二氧化碳的化学利用除了作为保鲜剂、食品添加剂外,许多方面还不是很成熟,有些在技术上虽然有突破, 但离产业化和工业化还有距离。
    美国在利用注入二氧化碳来提高油气回采率方面世界领先,每年用于该目的的二氧化碳约为3000 多万吨,而且由于这种二氧化碳地质储存途径可获得回采出来的石油、天然气,因此更加受到较大规模的应用。比如美国的煤炭资源约6000 亿吨,其中绝大多数的资源由于煤层厚度、深度和构造等原因而无法开采。而许多这样的煤层就位于发电厂下方,这样就可以把发电排出的二氧化碳进行捕集注入到煤气层,对煤层气进行有效的回采,再用采上来的煤层气进行发电,这样不但用较低的成本降低了二氧化碳的排放,还增加了能源利用。另外一些二氧化碳排放源附近有深部盐水层分布,于是开展了向深部盐水层注人废液或油气开采卤水的工程。其他国家如加拿大的Weyburn 项目从2000 年开始,每天将5000 吨的火力发电厂排放的二氧化碳灌注到油田中。法国、英国、美国等国家也正在进行地下埋存。目前我国许多油田也都采用了注入二氧化碳的方法开采油气、储存二氧化碳,取得了良好的效果。目前影响二氧化碳存储减排的主要障碍是二氧化碳捕集分离的费用比较高,或者说捕集本身能耗较大,过程较复杂,捕集能力低等都是制约大规模应用和存储的条件。如果很好地解决了降低捕集分离的成本、提高捕集效率的问题,二氧化碳的驱油和地下埋存的前景将更加广阔。
    “现代国家经济最有效的运行模式应是:政府-市场-社会三者有机结合和协调的机制,低碳经济亦如此。”———金涌院士语
    中国正处于工业化发展阶段,以煤为主的能源结构在未来相当长的时期内难以根本改变,控制温室气体排放的难度很大,任务艰巨。而近30 年来,中国海平面上升趋势加剧。海平面上升引发海水入侵、土壤盐渍化、海岸侵蚀,损害了滨海湿地、红树林和珊瑚礁等典型生态系统,降低了海岸带生态系统的服务功能和海岸带生物多样性;气候变化引起的海温升高、海水酸化使局部海域形成贫氧区,海洋渔业资源和珍稀濒危生物资源衰退。中国农业生产不稳定性增加;局部干旱高温危害严重;因气候变暖引起农作物发育期提前而加大早春冻害;草原产量和质量有所下降;气象灾害造成的农牧业损失增大。有人认为,城市不搞工业,就搞三产服务业,就可以节能,减少碳排放。金涌院士说,不见得,有的大宾馆浪费很大,关于循环经济有很多事要做,迎接低碳时代,我们要充分做好准备。
    任何应对气候变化的政策需要有两个关键要素:一是确定碳的定价机制;二是技术和政策创新。金涌院士说,当今社会可持续发展的主要障碍来自资源、能源、环境容量的有限性和人类社会需求增长的持续性。低碳经济是解决我国持续高速发展与资源、能源、环境矛盾的关键。向自然生态系统学习,构建生态产业系统,需要依赖工程科学与技术的创新。
    比如说,二氧化碳虽然有其产生温室效应不利的一面,但也可作为一种重要的化工资源为人所用。我们都知道汽水里有二氧化碳,这是其用于饮料碳酸化,在食品工业中还可以把它作为制冷剂用作食品的保鲜、冷却、储藏;二氧化碳的固态就是我们说的干冰,用于人工降雨、灭火等多个方面。再如,在电焊作业中二氧化碳气体保护的电弧焊法已广泛应用,焊接成本低,生产效率高。目前,国内外二氧化碳在轻工业、机械工业主要应用在饮料、焊接、铸造、低温萃取、金属加工、金属切削、冷处理、激光、医疗、食品保藏等方面。同时,各国都在努力开发二氧化碳的化学合成工业,比较成熟的技术如用二氧化碳制造水杨酸、与氨气反应合成尿素等。碳酸二甲酯是近年来受到国内外广泛关注的环保绿色化工产品,它可以用二氧化碳做原料来生产;我们还可以以焦碳为原料,以二氧化碳为气化剂,经还原法制备一氧化碳。用二氧化碳为原料已经工业化生产出尿素、碳酸氢铵、硼砂等无机化工产品和双氰胺、碳酸丙烯酯等众多有机化工产品。
    金涌院士总结说,污染治理,实现“清洁生产”实际经过了5 个发展阶段:首先是对污染进行治理、实现达标排放;其次是循环利用,实现微排放、零排放;再次从“源头”进行治理,用清洁工艺代替污染工艺,实现“生态化工”,使化学品“全生命周期” 的过程都与自然生态循环相协调;最后,通过建立生态工业园区,从非单一化学品生产着眼,使一定的界区内多种化学品生产过程之间实现耦合,使这个厂的废物成为下一个厂的原料、下一个厂的废物则可以成为另一个厂的原料,以此来延长产业链,实现真正意义的“清洁生产”。
    目前国内能源技术、能源装备大部分靠引进,传统的化石能源核心技术落后国外发达国家30 年,而能源又是一个长周期的发展概念,一旦被国外技术占领,所占的份额将被挤掉很大一块。从能源结构来看,中国目前仍是高碳结构,化石能源占中国整体能源结构的92.7%,其中高碳排放的煤炭占了68.7%,石油占21.2%,因此中国经济在工业化发展过程中仍然靠高碳能源所驱动,低碳经济之路并不好走。
    “尽管如此,我们仍然应该对未来充满信心。”金涌说,低碳经济是实现我国经济可持续发展的重大问题,由于我国能源禀赋的制约,实现低碳经济难度较大,需要全方位的努力,从结构调整、科技创新、政策法规等各方面推进。清洁能源和可再生能源作为低碳经济发展的驱动力,其技术与革新对当今世界每个国家都事关重大,需要强有力的政策支持来实施这些技术与创新,这将带来经济更加快速发展,这是一个需要不断完善的过程……