陳通平 李建軍，2 劉琪琪 熊天龍 劉勇軍，2 尹華強(qiáng)，2

（1.四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，四川成都，610065；2.國(guó)家煙氣脫硫工程技術(shù)研究中心，四川成都，610065）

二氧化碳是空氣中常見(jiàn)的化合物，被認(rèn)為是加劇溫室效應(yīng)的主要來(lái)源，因?yàn)榫哂斜刈饔玫亩趸?，?huì)逐漸使地球表面溫度升高。近幾年，排放的二氧化碳等溫室氣體對(duì)環(huán)境的累積性影響日益明顯，氣候異常、自然災(zāi)害頻發(fā)等給人類的生存帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，對(duì)二氧化碳等溫室氣體的控制已成為全人類共同的責(zé)任。

1 我國(guó)的能源利用與二氧化碳?xì)怏w排放

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，能源需求逐年增長(zhǎng)。中國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤占能源消費(fèi)總量的70%左右，石油占20%左右，天然氣占3%左右，這種以煤為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)是二氧化碳排放量居高不下的重要原因之一。從能源消費(fèi)的二氧化碳排放強(qiáng)度看，中國(guó)為2.1噸二氧化碳/噸標(biāo)準(zhǔn)煤左右，比世界平均值高23%，居世界首位［1］。2010年工業(yè)部門(mén)能源消費(fèi)量超過(guò)了23億噸標(biāo)準(zhǔn)煤（發(fā)電煤耗計(jì)算法），占全國(guó)能源消費(fèi)總量的71%，排放的二氧化碳約52.3億噸，約占全國(guó)二氧化碳排放總量的70%［2］。經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和收入增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)著中國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)客貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量的快速增長(zhǎng)。2015～2020年，隨著交通運(yùn)輸業(yè)能源消費(fèi)的快速增長(zhǎng)，其二氧化碳排放量將到達(dá)10.65億噸［2］。隨著我國(guó)未來(lái)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，二氧化碳的排放量從現(xiàn)在到2020年將呈持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)。因此，如何既有效又經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)CO2和其他溫室氣體的控制，將是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

2 二氧化碳減排方法

當(dāng)今社會(huì)發(fā)展與化石能源密不可分，控制或減少能源消耗的任何措施都將面臨困難。如今認(rèn)為可能控制二氧化碳排放的措施主要包括四類：提高能源利用效率、發(fā)展可再生能源、提高碳匯和發(fā)展碳捕集封存利用技術(shù)。

2.1 提高能源利用效率

如何在保證經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排目標(biāo)，其中一個(gè)有效的措施無(wú)疑是提高能源利用效率，提高能源利用效率是減少能源消耗強(qiáng)度、緩解能源供求結(jié)構(gòu)矛盾的重要手段。而以煤為主的中國(guó)能源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)減排關(guān)鍵的一步是控制燃煤二氧化碳的排放?？梢圆捎茫哼x煤技術(shù)、潔凈燃煤技術(shù)、循環(huán)流化床鍋爐、煤炭氣化和液化技術(shù)、煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)等，這些都是提高能源利用率、轉(zhuǎn)化率和同時(shí)實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排的有效方法。能源利用效率的提高不僅對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)有明顯貢獻(xiàn)，也會(huì)對(duì)溫室氣體減排有巨大的貢獻(xiàn)。然而，中國(guó)和國(guó)際先進(jìn)水平相比，單位GDP能源強(qiáng)度、主要耗能產(chǎn)品單位能耗、主要耗能設(shè)備能源利用效率等均有不同程度的差距，因此中國(guó)在節(jié)能和提高能源效率方面的潛力仍然很大。

2.2 發(fā)展可再生能源

化石能源是有限的，遲早會(huì)枯竭，而地球上的可再生能源不僅資源豐富，而且還無(wú)污染，在不久的將來(lái)必將取代化石能源成為能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的主體。中國(guó)發(fā)展與改革委員會(huì)于2007年8月頒布《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年中國(guó)力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)可再生能源占能源消費(fèi)總量的15%。同時(shí)其他國(guó)家也相應(yīng)的制定了發(fā)展規(guī)劃，美國(guó)［3］、德國(guó)［4］等制定了核能系統(tǒng)技術(shù)路線圖，日本［5］制定了到2030年能源戰(zhàn)略技術(shù)路線圖，歐盟等國(guó)際組織［6］進(jìn)行了世界未來(lái)能源需求結(jié)構(gòu)變化預(yù)測(cè)以及制定了氫能的技術(shù)路線圖?；茉粗苯尤紵龝?huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境污染，使用可再生能源，不僅能減少環(huán)境污染還能對(duì)二氧化碳減排做出貢獻(xiàn)。

2.3 提高碳匯的吸收能力

碳匯，一般是指從空氣中清除二氧化碳的過(guò)程、活動(dòng)、機(jī)制，主要包括森林碳匯、濕地碳匯和水生生物碳匯。

2.3.1 森林碳匯

森林是全球碳循環(huán)的重要組成部分，主要是通過(guò)光合作用吸收CO2，放出O2，把大氣中的CO2固定在植被和土壤中。森林碳匯功能不僅在緩解氣候變暖趨勢(shì)方面具有重要作用，而且森林碳匯抵消CO2排放已成為國(guó)際氣候公約的重要內(nèi)容［7］。張志華、彭道黎［8］從森林的碳匯和碳源雙重功能，分析了森林管理措施對(duì)碳匯的作用和影響，同時(shí)根據(jù)我國(guó)森林資源現(xiàn)狀，提出了加強(qiáng)森林管理和增加森林碳吸收的措施和建議。陳珂［9］等根據(jù)低碳經(jīng)濟(jì)及森林碳匯發(fā)展背景，總結(jié)了中國(guó)發(fā)展森林碳匯的現(xiàn)狀及潛力，從技術(shù)、管理、社會(huì)3個(gè)層面分析了中國(guó)森林碳匯項(xiàng)目發(fā)展的障礙，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

2.3.2 濕地碳匯

被譽(yù)為“地球之腎”的濕地在維護(hù)區(qū)域性生態(tài)平衡方面具有其它生態(tài)系統(tǒng)所不能替代的獨(dú)特作用。作為水生環(huán)境與陸生環(huán)境交匯的濕地，是全球碳循環(huán)過(guò)程中極其重要的角色。濕地一直被認(rèn)為是大氣CO2的重要碳匯，這點(diǎn)已得到廣泛認(rèn)可［10］。濕地面積僅占地球陸地面積的4%～6%［11］，但濕地系統(tǒng)卻貯藏著全球高達(dá)20%～30%的碳物質(zhì)［12］，其碳儲(chǔ)量約為770×108噸，占到陸地生物圈碳素的35%，為全球最大的碳庫(kù)［13］。

2.3.3 水生生物碳匯

在全球CO2含量升高的情況下，海水中的單細(xì)胞藻類浮游植物對(duì)碳匯的作用是顯著的。研究表明主要是三個(gè)方面的原因：一是浮游植物廣泛的分布在地球生態(tài)系統(tǒng)中并且數(shù)量巨大，是海洋生物主要的碳庫(kù)；二是浮游植物也是通過(guò)光合作用直接吸收CO2，釋放O2；三是浮游植物是海水中最大量的顆粒物，從海洋能學(xué)和動(dòng)力學(xué)的角度改變?nèi)驓夂?，進(jìn)而影響碳匯。

2.4 發(fā)展CCS、CCUS、CCU技術(shù)

二氧化碳減排除了生態(tài)的自我吸收、源頭控制，另外最重要的思路便是末端治理。面對(duì)全球氣候變化，人們從工程實(shí)踐中得到啟發(fā)，開(kāi)發(fā)應(yīng)用了一系列末端治理技術(shù)：CCS、CCUS、CCU 等。CCS（carbon dioxide capture and storage）是一項(xiàng)可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模二氧化碳減排的前沿技術(shù)，根據(jù)IEA《能源技術(shù)展望2010》分析，到2050年，CCS技術(shù)將實(shí)現(xiàn)全球二氧化碳減排總量19%的目標(biāo)，是僅次于改善能源效率的第二大減排技術(shù)［14］。由于CCS技術(shù)只是一種純粹的投入行為，不能帶來(lái)直接的經(jīng)濟(jì)效益，因而技術(shù)應(yīng)用的持續(xù)性會(huì)受到影響。為了解決技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，現(xiàn)在的CCS項(xiàng)目更多地綜合考慮CO2捕集后的利用問(wèn)題，以創(chuàng)造項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，于是提出了CCS向 CCUS （carbon dioxide capture utilization and storage）方向轉(zhuǎn)變的思路。然而CO2地質(zhì)封存在政策上、技術(shù)上以及社會(huì)認(rèn)知及接受程度上具有種種障礙和制約，謝和平等［14］提出實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排的 CCU（carbon dioxide capture and utilization）發(fā)展新理念，先避開(kāi)CO2地質(zhì)封存各種風(fēng)險(xiǎn)和不確定性、爭(zhēng)取在CO2大規(guī)模利用技術(shù)上取得創(chuàng)新和突破。而其中碳捕集技術(shù)是實(shí)現(xiàn)其封存和綜合利用等減排措施的基礎(chǔ)和前提條件，工業(yè)上比較成熟的碳捕集分離技術(shù)主要包括吸收分離技術(shù)、吸附分離技術(shù)、膜分離技術(shù)、化學(xué)循環(huán)燃燒分離技術(shù)、水合物分離技術(shù)和電化學(xué)分離技術(shù)等［15］。

3 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)革命前全球碳循環(huán)相對(duì)平衡，工業(yè)革命后開(kāi)始的工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)打破了這個(gè)簡(jiǎn)單的平衡，二氧化碳的排放超過(guò)了吸收。如何減少CO2的排放是一個(gè)關(guān)系到人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題，從上面的分析可以看出二氧化碳減排的有效方法還是有很多，但在真正的實(shí)施過(guò)程中不僅僅需要的是先進(jìn)科技的運(yùn)用，還應(yīng)該包括各個(gè)國(guó)家之間的政治、文化以及經(jīng)濟(jì)合作。人類文明社會(huì)的發(fā)展導(dǎo)致了溫室氣體的過(guò)度排放，未來(lái)也需要全人類共同協(xié)作消除二氧化碳等溫室氣體導(dǎo)致的全球性環(huán)境問(wèn)題。

［1］齊曄.中國(guó)低碳發(fā)展報(bào)告（2014）［M］.北京：社會(huì)科學(xué)文獻(xiàn)出版社，2014.

［2］戴彥德，胡秀蓮，等.中國(guó)二氧化碳減排技術(shù)潛力和成本研究［M］.北京，中國(guó)環(huán)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］張穎，吳麗莉，蘇帆，等.森林碳匯研究與碳匯經(jīng)濟(jì)［J］.中國(guó)人口.資源與環(huán)境，2010，20（3）：288－291.

［8］張志華，彭道黎.森林管理對(duì)森林碳匯的作用和影響分析［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（9）：3654－3656.

［9］陳珂，陳雪琴，王秋兵.中國(guó)森林碳匯的障礙與前景分析［C］.第四屆中國(guó)林業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)理論與實(shí)踐論壇，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］段曉男，王效科，尹弢，等.濕地生態(tài)系統(tǒng)固碳潛力研究進(jìn)展［J］.生態(tài)環(huán)境，2006，15（5）：1091－1095.

［14］謝和平，等.中國(guó)未來(lái)二氧化碳減排技術(shù)應(yīng)向CCU方向發(fā)展［J］.中國(guó)能源，2012，10（34）：15－18.

［15］李曉斌.二氧化碳的捕集分離技術(shù)的研究進(jìn)展［J］.廣東化工，2014，5（41）：115－116.