建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所 王新頻

前 言

自1994年《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》生效后，全球正式進(jìn)入低碳減排時(shí)代。2015年12月通過(guò)的《巴黎協(xié)定》是繼《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》和《京都議定書(shū)》之后，人類(lèi)歷史上應(yīng)對(duì)氣候變化的第三個(gè)里程碑式的國(guó)際法律文件，將為2020年后全球應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)做出安排。我國(guó)“十三五”期間，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放和單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗將分別下降18%和15%，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將提高至15%，于2017年啟動(dòng)碳交易市場(chǎng)，逐步削減氫氟碳化物的生產(chǎn)和消費(fèi)。

科學(xué)家們預(yù)測(cè)，本世紀(jì)全球平均氣溫將上升2℃～4℃，可能引發(fā)干旱、洪水、冰川融化和海平面上升等多種自然災(zāi)難（又稱厄爾尼諾現(xiàn)象）。CO2排放量超限被公認(rèn)為是全球變暖的主要因素。水泥行業(yè)是一個(gè)主要的工業(yè)溫室氣體排放源，約占全球人為溫室氣體排放的5%。國(guó)際能源署（The Internationa1 Energy Agency,IEA）研究表明，按照現(xiàn)行的政策和預(yù)測(cè)市場(chǎng)需求，從目前的水平到2050年CO2排放量減少一半，水泥行業(yè)需要將CO2排放量從2.34Gt/a減少到1.55Gt/a[1]。在減排方面，雖然采取了提高能源效率、使用替代燃料、替代原材料和降低水泥中熟料摻量等措施，但依然還有減排潛力。從中長(zhǎng)期發(fā)展考慮，碳捕獲和封存技術(shù)（Carbon Capture and Storage，簡(jiǎn)稱為CCS）將在實(shí)現(xiàn)全球CO2減排中起著至關(guān)重要的作用。到現(xiàn)在為止，還沒(méi)有在水泥回轉(zhuǎn)窯使用任何碳捕獲技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用，水泥工業(yè)碳捕獲還處在理論研究與有限的工業(yè)試驗(yàn)階段。本文將主要介紹碳排放相關(guān)的法律法規(guī)及歐美在碳捕獲領(lǐng)域的相關(guān)活動(dòng)。

一、碳排放相關(guān)的法律法規(guī)

1. 國(guó)際碳排放相關(guān)的政策法規(guī)

（1） 國(guó)際公約《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》[2]

1992年聯(lián)合國(guó)政府間談判委員會(huì)就氣候變化問(wèn)題通過(guò)了《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》。該公約于1994年3月21日生效，是世界上第一個(gè)全面控制二氧化碳、甲烷和其他溫室氣體排放，以應(yīng)對(duì)全球氣候變暖給人類(lèi)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)帶來(lái)不利影響的國(guó)際公約，也是國(guó)際社會(huì)在應(yīng)對(duì)全球氣候變化問(wèn)題上進(jìn)行國(guó)際合作的一個(gè)基本框架。目前已有192個(gè)國(guó)家（稱為“締約國(guó)”）批準(zhǔn)了該公約。為實(shí)現(xiàn)《框架公約》目標(biāo)確立了五個(gè)基本原則：

1）“共同而區(qū)別”的原則，要求發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)率先采取措施，應(yīng)對(duì)氣候變化；

2）要考慮發(fā)展中國(guó)家的具體需求；

3）各締約國(guó)應(yīng)當(dāng)采取必要措施，預(yù)防和減少引起氣候變化的因素；

4）尊重各締約國(guó)的可持續(xù)發(fā)展權(quán)；

5）加強(qiáng)國(guó)際合作，應(yīng)對(duì)氣候變化的措施不能成為國(guó)際貿(mào)易的壁壘。

1997年12月，《框架公約》第3次締約國(guó)大會(huì)在日本京都舉行，會(huì)議通過(guò)了具有法律約束力的《京都議定書(shū)》，對(duì)2012年前主要發(fā)達(dá)國(guó)家減排溫室氣體的種類(lèi)、減排時(shí)間表和額度等做出了具體規(guī)定，同時(shí)確立了三個(gè)實(shí)現(xiàn)減排的靈活機(jī)制，即：聯(lián)合履約（JI）、排放貿(mào)易（ET）和清潔發(fā)展機(jī)制（CDM）。其中，清潔發(fā)展機(jī)制同發(fā)展中國(guó)家關(guān)系密切，其目的是幫助發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)現(xiàn)減排，同時(shí)協(xié)助發(fā)展中國(guó)家實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，是由發(fā)達(dá)國(guó)家向發(fā)展中國(guó)家提供技術(shù)轉(zhuǎn)讓和資金，通過(guò)項(xiàng)目提高發(fā)展中國(guó)家能源利用率，減少排放，或通過(guò)造林增加二氧化碳吸收，碳排放的減少和增加的二氧化碳吸收計(jì)入發(fā)達(dá)國(guó)家的減排量?！毒┒甲h定書(shū)》于2005年開(kāi)始生效。根據(jù)這份議定書(shū)，從2008年～2012年間，主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的溫室氣體排放量要在1990年的基礎(chǔ)上平均減少5.2%，其中歐盟將6種溫室氣體的排放量削減8%，美國(guó)削減7%，日本削減6%。

2007年12月，《框架公約》第13次締約國(guó)大會(huì)在印度尼西亞巴厘島舉行，會(huì)議著重討論“后京都”問(wèn)題，即《京都議定書(shū)》第一承諾期在2012年到期后如何進(jìn)一步降低溫室氣體的排放。12月15日，聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)通過(guò)了“巴厘島路線圖”，啟動(dòng)了加強(qiáng)《框架公約》和《京都議定書(shū)》全面實(shí)施的談判進(jìn)程，致力于在2009年年底前完成《京都議定書(shū)》第一承諾期2012年到期后全球應(yīng)對(duì)氣候變化新安排的談判并簽署有關(guān)協(xié)議。

2009年12月7日～19日，《框架公約》第15次締約方會(huì)議暨《京都議定書(shū)》第5次締約方會(huì)議在丹麥哥本哈根舉行。經(jīng)過(guò)談判，大會(huì)分別以《框架公約》及《京都議定書(shū)》締約方大會(huì)決定的形式發(fā)表了不具法律約束力的《哥本哈根協(xié)議》。該協(xié)議維護(hù)了《框架公約》及《京都議定書(shū)》確立的“共同但有區(qū)別的責(zé)任”原則，就發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)行強(qiáng)制減排和發(fā)展中國(guó)家采取自主減排行動(dòng)做出了安排，并就全球長(zhǎng)期目標(biāo)、資金和技術(shù)支持、透明度等焦點(diǎn)問(wèn)題達(dá)成廣泛共識(shí)。大會(huì)授權(quán)《框架公約》及《京都議定書(shū)》兩個(gè)工作組繼續(xù)進(jìn)行談判，并在2020年年底完成工作。

2015年世界氣候大會(huì)于11月30日在法國(guó)巴黎召開(kāi)，在經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)13天的艱難談判后，終于于2015年12月12日簽訂《巴黎協(xié)定》首份具有法律約束力的全面氣候變化協(xié)議，標(biāo)志著哥本哈根會(huì)議之后“減排裸奔時(shí)代”的終結(jié)?！栋屠鑵f(xié)定》確立了2020年后，以“國(guó)家自主貢獻(xiàn)”目標(biāo)為主體的國(guó)際應(yīng)對(duì)氣候變化機(jī)制安排。已有184個(gè)國(guó)家提交了應(yīng)對(duì)氣候變化“國(guó)家自主貢獻(xiàn)”文件，涵蓋全球碳排放量的97.9%。《巴黎協(xié)定》涵蓋了全球一致減排的目標(biāo)、措施、資金補(bǔ)償、技術(shù)援助、透明減排、減排核查等29大類(lèi)內(nèi)容，此協(xié)議將在2020年正式運(yùn)作。該協(xié)定的主要內(nèi)容是：1）確定長(zhǎng)期目標(biāo)：全球氣溫在工業(yè)化時(shí)期控制在升高2℃以內(nèi)，到2050年后實(shí)現(xiàn)碳排放與碳吸收的平衡（凈零排放）；2）共同但有區(qū)別的責(zé)任原則：2020年之前發(fā)達(dá)國(guó)家每年對(duì)發(fā)展中國(guó)家提供1000億美元共同資金；3）“自上而下”方式：各國(guó)將以“國(guó)家自主貢獻(xiàn)（INDC）”的方式參與全球應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)；4）全球盤(pán)點(diǎn)的約束機(jī)制：建立從2023開(kāi)始，每5年將對(duì)各國(guó)行動(dòng)總體進(jìn)展進(jìn)行一次盤(pán)點(diǎn)的約束機(jī)制。

（2）國(guó)際自愿減排機(jī)制[3]

國(guó)際上除強(qiáng)制性減排機(jī)制外，還有一些基于項(xiàng)目的自愿減排機(jī)制，不受法律強(qiáng)制性約束，允許企業(yè)和個(gè)人購(gòu)買(mǎi)碳抵消量實(shí)現(xiàn)其“碳中和”。該機(jī)制具有項(xiàng)目審批周期短、申請(qǐng)費(fèi)用低、總體要求較寬松，通常作為強(qiáng)制碳減排交易市場(chǎng)的前身或補(bǔ)充形式存在。

國(guó)際自愿減排機(jī)制主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1）可以使沒(méi)有簽署《京都議定書(shū)》的國(guó)家參與到減排交易市場(chǎng)中來(lái)；2）對(duì)標(biāo)準(zhǔn)、方法和政策管理進(jìn)行創(chuàng)新與實(shí)驗(yàn)；3）為將來(lái)發(fā)展強(qiáng)制碳減排交易市場(chǎng)積累經(jīng)驗(yàn)；4）提升企業(yè)或個(gè)人的公眾信譽(yù)。

國(guó)際上較為有影響力的七個(gè)自愿減排標(biāo)準(zhǔn)主要有：黃金標(biāo)準(zhǔn)（The Go1d Standard，GS），核查碳標(biāo)準(zhǔn)（Verified Carbon Standard，VCS），核查減排標(biāo)準(zhǔn)（The Standard for Verified Emission Reductions，VER+），芝加哥氣候交易標(biāo)準(zhǔn)（Chicago C1imate Exchange，CCX），氣候行動(dòng)儲(chǔ)備方案（C1imate Action Reserve，CAR），氣候、社區(qū)和生物多樣性標(biāo)準(zhǔn)（The C1imate, Community& Biodiversity Standards，CCB）和維沃計(jì)劃（The P1an Vivo Standards，P1an Vivo），并將各自愿減排標(biāo)準(zhǔn)所包含的核心要素分為基本信息、項(xiàng)目信息、核算方法、可持續(xù)性要求、審定核查與注冊(cè)五大項(xiàng)進(jìn)行比較研究，鑒于自愿減排標(biāo)準(zhǔn)和清潔發(fā)展機(jī)制（C1ean Deve1opment Mechanism，CDM）標(biāo)準(zhǔn)同為基于項(xiàng)目減排開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)，所以將部分標(biāo)準(zhǔn)信息同CDM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行類(lèi)比分析。

2.歐盟碳排放貿(mào)易機(jī)制（EU-ETS）

為了兌現(xiàn)《京都議定書(shū)》承諾，歐盟于1998年3月23～24日召開(kāi)了成員國(guó)環(huán)境部長(zhǎng)理事會(huì)，通過(guò)了《歐盟關(guān)于氣候問(wèn)題戰(zhàn)略》文件，提出了歐盟應(yīng)對(duì)氣候變化的基本立場(chǎng)和戰(zhàn)略方針，建立了歐盟碳排放交易體系（European Umission Trading Scheme, EU-ETS）。

歐盟應(yīng)對(duì)氣候變化措施需要在歐盟各成員國(guó)不同水平上制定和實(shí)施，其協(xié)調(diào)手段為法規(guī)、指令、決定和建議。應(yīng)對(duì)政策包括：排放貿(mào)易、標(biāo)準(zhǔn)、財(cái)政手段等，其中，對(duì)排放貿(mào)易的期望值最高，鼓勵(lì)各成員國(guó)使用《京都議定書(shū)》提出的靈活運(yùn)行機(jī)制作為各成員國(guó)減排行動(dòng)的補(bǔ)充。減排措施將針對(duì)主要的排放源和減排潛力大且成本低的領(lǐng)域，重點(diǎn)是能源、民用和服務(wù)業(yè)、工業(yè)、交通等領(lǐng)域。

歐盟在2003年10月13日正式頒布《排放交易指令》（Directive 2003/87/EC），指令規(guī)定歐盟27國(guó)的廠商必須符合EU-ETS規(guī)定的二氧化碳減排標(biāo)準(zhǔn)，如減排量超標(biāo)，就可賣(mài)出稱為“歐盟排碳配額”（EUA）的二氧化碳排放權(quán)；反之，如果減排沒(méi)達(dá)標(biāo)，就必須從市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)相應(yīng)配額的排放權(quán)。

3.英國(guó)《氣候變化法案》

英國(guó)2008年通過(guò)的《氣候變化法案》（C1imate Change Act, 簡(jiǎn)稱CCA）使英國(guó)成為世界上第一個(gè)為減少溫室氣體排放、適應(yīng)氣候變化而建立具有法律約束性長(zhǎng)期框架的國(guó)家。《氣候變化法案》提出的碳預(yù)算體系是英國(guó)為了達(dá)到減排目標(biāo)而采取的行動(dòng)。作為《氣候變化法案》的一部分，英國(guó)政府要求氣候變化委員會(huì)為碳預(yù)算提出可供參考的目標(biāo)?！稓夂蜃兓ò浮吩O(shè)定了具有法律約束力的全國(guó)性目標(biāo)：以1990年為基準(zhǔn)，到2050年前溫室氣體排放至少要減少80%，2020年前至少要減少20%?，F(xiàn)在，英國(guó)的中期目標(biāo)已從20%改為34%?！稓夂蜃兓ò浮诽岢龅奶碱A(yù)算體系要求，以5年作為一個(gè)減排周期，每個(gè)周期要做3個(gè)預(yù)算，以設(shè)定英國(guó)到2050年時(shí)的減排路線。

4.法國(guó)“碳關(guān)稅”

碳關(guān)稅由法國(guó)提出，用意是希望歐盟國(guó)家應(yīng)針對(duì)未遵守《京都協(xié)定書(shū)》的國(guó)家征收商品進(jìn)口稅，否則在歐盟碳排放交易機(jī)制運(yùn)行后，歐盟國(guó)家所生產(chǎn)的商品將遭受不公平的競(jìng)爭(zhēng)，特別是境內(nèi)的鋼鐵業(yè)及高耗能產(chǎn)業(yè)。征收“碳關(guān)稅”違反了世界貿(mào)易組織的基本規(guī)則，是以環(huán)境保護(hù)為名，行貿(mào)易保護(hù)之實(shí)。這種做法違反了WTO基本規(guī)則，也違背了《京都議定書(shū)》確定的發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家在氣候變化領(lǐng)域“共同而有區(qū)別的責(zé)任”原則，嚴(yán)重?fù)p害發(fā)展中國(guó)家利益。

5.美國(guó)《清潔能源安全法案》

2009年6月26日，美國(guó)通過(guò)了旨在降低溫室氣體排放、減少對(duì)外國(guó)石油依賴和建立能源節(jié)約型經(jīng)濟(jì)的《清潔能源安全法案》，這是美國(guó)歷史上第一次以法案的形式限制其國(guó)內(nèi)溫室氣體排放。該法案的核心是限制碳排放量，通過(guò)設(shè)定碳排放上限，對(duì)美國(guó)的發(fā)電廠、煉油廠、化學(xué)公司等能源密集型企業(yè)進(jìn)行碳排放限量管理。該法案要求美國(guó)到2020年時(shí)溫室氣體排放量要在2005年的基礎(chǔ)上減少17%，到2050年減少83%。并引入名為“總量控制與排放交易”的溫室氣體排放權(quán)交易機(jī)制，該法案允許各企業(yè)通過(guò)植樹(shù)和森林保護(hù)等手段抵消自己的溫室氣體排放量。

6.日本《阻止全球變暖措施指南》

日本于1990年制定了阻止全球變暖行動(dòng)計(jì)劃，設(shè)立了減少溫室氣體排放的國(guó)家目標(biāo)；在簽署《京都議定書(shū)》后，承諾要更嚴(yán)格地履行減排義務(wù)。2009年提出到2020年在1990年基礎(chǔ)上減排25%的目標(biāo)。2010年再次通過(guò)了《阻止全球變暖措施指南》，明確了日本中長(zhǎng)期溫室氣體減排目標(biāo)。為促進(jìn)溫室氣體減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，又提出通過(guò)科學(xué)分析各行業(yè)的溫室氣體減排潛力，確定各行業(yè)減排目標(biāo)，將減排對(duì)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的影響減至最小的行業(yè)減排新機(jī)制。

《阻止全球變暖措施指南》作為日本的氣候變化政策方案，給所有的部門(mén)和國(guó)際合作指出了有章可循的行動(dòng)方法，既關(guān)心環(huán)境，又關(guān)心經(jīng)濟(jì)，目的是使制定的政策和措施能夠帶來(lái)氣候和非氣候方面的收益。指南中列出的步驟說(shuō)明了怎樣隨著時(shí)間的推移監(jiān)視計(jì)劃進(jìn)展，確保日本在履行《京都議定書(shū)》義務(wù)方面路線正確。

7 .我國(guó)相關(guān)法規(guī)和政策

(1) 我國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化國(guó)家方案

我國(guó)是最早制定實(shí)施《應(yīng)對(duì)氣候變化國(guó)家方案》的發(fā)展中國(guó)家。作為履行《氣候公約》的一項(xiàng)重要義務(wù)，我國(guó)在2007年制定了《中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化國(guó)家方案》。該方案明確到2010年中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化的具體目標(biāo)、基本原則、重點(diǎn)領(lǐng)域及其政策措施。中國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)于2014年9月19日發(fā)布了中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化領(lǐng)域首個(gè)國(guó)家專項(xiàng)規(guī)劃《國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化規(guī)劃（2014-2020年）》，明確了2020年前中國(guó)積極應(yīng)對(duì)氣候變化的指導(dǎo)思想和主要目標(biāo)，從控制溫室氣體排放、適應(yīng)氣候變化影響等方面提出政策措施和實(shí)施途徑。到2020年，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%，非化石能源占一次能源消費(fèi)的比重增加到15%左右，森林面積和蓄積量分別比2005年增加4000萬(wàn)公頃和13億立方米。抑制高碳行業(yè)過(guò)快增長(zhǎng)，推動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)優(yōu)化升級(jí)并大力發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，合理控制煤炭消費(fèi)總量、加快石油天然氣資源勘探和開(kāi)發(fā)力度，安全高效發(fā)展核電，大力開(kāi)發(fā)風(fēng)電，推進(jìn)太陽(yáng)能多元化利用，發(fā)展生物質(zhì)能源等。

(2) 節(jié)約能源法及可再生能源法

化石能源消耗是溫室氣體排放的主要來(lái)源。我國(guó)在2005年和2007年先后通過(guò)了《中華人民共和國(guó)可再生能源法》及《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》，在節(jié)能和可再生能源使用方面為減少碳排放提供了法律保障。

(3) 關(guān)于發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的指導(dǎo)意見(jiàn)

政府方面開(kāi)始探索開(kāi)展碳排放交易的管理和指導(dǎo)方案。2009年8月26日國(guó)家發(fā)改委副主任解振華表示，發(fā)改委正在研究制定《關(guān)于發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的指導(dǎo)意見(jiàn)》，從我國(guó)國(guó)情和實(shí)際出發(fā)，開(kāi)展低碳經(jīng)濟(jì)試點(diǎn)示范，試行碳排放強(qiáng)度考核制度，探索控制溫室氣體排放的體制機(jī)制，在特定區(qū)域或行業(yè)探索性地開(kāi)展碳排放交易。

二、碳捕獲活動(dòng)

1.相關(guān)行業(yè)對(duì)碳捕獲和碳封存（CCS）的看法及相關(guān)的活動(dòng)調(diào)查

國(guó)際能源署溫室氣體研發(fā)計(jì)劃?rùn)C(jī)構(gòu)（The IEA Greenhouse Gas R＆D Programme，IEAGHG）通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查，對(duì)不同地區(qū)的公司、不同企業(yè)規(guī)模和不同的行業(yè)進(jìn)行了調(diào)查。調(diào)查的結(jié)果見(jiàn)圖1[1]。

圖1 問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)

從圖1及相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)可以看出，大多數(shù)被調(diào)查者都知道CCS技術(shù)，但中東和亞洲被調(diào)查對(duì)象相比歐洲關(guān)于CCS和在這一領(lǐng)域的活動(dòng)的了解要少很多；大約82%的受訪者認(rèn)為CCS是一個(gè)相關(guān)的問(wèn)題，或者將成為與他們相關(guān)的一個(gè)問(wèn)題；中小型水泥生產(chǎn)商和設(shè)備制造商認(rèn)為與CCS是不相關(guān)的，技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避的不確定性，使他們更喜歡傳統(tǒng)的二氧化碳減排方法；近一半的被調(diào)查者，尤其是來(lái)自歐洲，希望參與CCS的活動(dòng)；近90%的被調(diào)查者認(rèn)為，碳捕獲技術(shù)在水泥行業(yè)有潛力，如果可能，會(huì)采用該技術(shù)；超過(guò)一半的被調(diào)查者愿意提供財(cái)政援助，但由于成本高，只有約35%的被調(diào)查者表示愿意提供試點(diǎn)或示范廠；大約40%的被調(diào)查者認(rèn)為有替代CCS的CO2減排新技術(shù)的出現(xiàn)，其中有10%的被調(diào)查者對(duì)排放控制技術(shù)發(fā)展持不確定性觀點(diǎn)。

2. 碳捕獲技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域的研究活動(dòng)

根據(jù)二氧化碳的產(chǎn)生過(guò)程，碳捕獲技術(shù)可以分為燃燒前捕獲、富氧燃燒技術(shù)和燃燒后捕獲。

(1) 燃燒前捕獲

燃燒前捕獲又稱預(yù)燃燒技術(shù)（Precombustion techno1ogies），是指在燃料燃燒前，將其進(jìn)行氣化處理，得到可燃?xì)怏w和含碳固體，可燃?xì)怏w用于水泥熟料的燒成，含碳固體再作為其他燃料用，分離出燃料中的碳，從而減少水泥碳排放。最后，從CO2和H2的混合物中除去CO2。當(dāng)CO2濃度在15%～60%（干基），溫度為500℃～600℃，壓力為2MPa～7MPa時(shí)即可分離出CO2，并進(jìn)行存儲(chǔ)。此方法同樣適用于固體化石燃料。

由于水泥熟料燃燒工藝特點(diǎn)，燃燒前CO2捕獲的一個(gè)顯著的缺點(diǎn)是僅分離出燃料燃燒產(chǎn)生的CO2，而石灰石原材料煅燒產(chǎn)生的約60%的CO2隨著煙氣排放了。此外，預(yù)燃燒技術(shù)相比于其他捕獲技術(shù)熟料煅燒過(guò)程對(duì)氫燃燒的條件非常苛刻。因此該技術(shù)在水泥行業(yè)中應(yīng)用效果不被看好，基本可以被排除[1]。

(2) 富氧燃燒捕獲

富氧燃燒技術(shù)是水泥窯的CO2捕獲的又一種方法。其原理是利用空氣分離裝置（Air Separation Unit，簡(jiǎn)稱ASU）將空氣分離為O2和N2，利用高濃度的O2（大于空氣中的濃度21%）進(jìn)行熟料的燒成。用這種高濃度的O2代替空氣會(huì)得到較純凈的CO2，只需要再經(jīng)過(guò)凈化和壓縮后，即可以進(jìn)行儲(chǔ)存。為了維持適當(dāng)?shù)幕鹧鏈囟?，將一定量的富含CO2的煙氣再循環(huán)。該集成系統(tǒng)將對(duì)熟料燒成過(guò)程會(huì)產(chǎn)生較大影響，主要是由不同氣體性質(zhì)以及煙氣的熱焓與熟料煅燒所需的能量比造成的。此時(shí)可以通過(guò)優(yōu)化操作，改變O2濃度來(lái)改善熟料燒成過(guò)程。由于水泥窯的富氧燃燒，可以提高窯的生產(chǎn)能力，增加替代燃料使用比例。該技術(shù)已在熱電廠成功使用，水泥窯可以借鑒。

富氧燃燒在水泥熟料生產(chǎn)中又分為全富氧燃燒和局部富氧燃燒。全富氧燃燒是指分解爐和窯都采用富氧燃燒；局部富氧燃燒是指只對(duì)分解爐采用富氧燃燒。表1列出了從2006年以來(lái)已公開(kāi)的在水泥工業(yè)中的富氧燃燒技術(shù)領(lǐng)域的研究活動(dòng)[2]。

表1 在富氧燃燒技術(shù)領(lǐng)域的研究活動(dòng)

(3) 燃燒后捕獲

燃燒后捕獲又稱為煙氣脫碳技術(shù)，就是指在燃燒后的煙氣中進(jìn)行捕獲或者分離出CO2。該技術(shù)是目前最佳燃煤和燃?xì)鈾C(jī)組大裝機(jī)容量的脫碳技術(shù)，通過(guò)1臺(tái)捕獲裝置將CO2有選擇性地去除。燃燒后捕獲技術(shù)不僅適用于新建生產(chǎn)線，也適用于現(xiàn)有生產(chǎn)線的改造。煙氣脫碳技術(shù)主要有吸收法、吸附法、膜分離法、鈣循環(huán)法和礦物碳化法等。

1) 化學(xué)吸收法

一般認(rèn)為化學(xué)吸收是一種較成熟的CO2碳捕獲技術(shù)，因?yàn)橛虚L(zhǎng)期的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，可從不同的工業(yè)部門(mén)得到求證，如電力部門(mén)的試點(diǎn)項(xiàng)目。在大多數(shù)情況下，采用胺的水溶液作為吸收劑。然而，化學(xué)吸收技術(shù)在水泥窯煙氣的應(yīng)用僅處在初期的試驗(yàn)階段，即試驗(yàn)室試驗(yàn)或小規(guī)模的工業(yè)試驗(yàn)研究階段。

化學(xué)吸收法的一個(gè)重要過(guò)程就是解吸，解吸過(guò)程中需要大量的熱量。由于窯系統(tǒng)60%的熱量用于熟料燒成，大部分的余熱用于原料的干燥和余熱發(fā)電，這時(shí)就要引入再沸器，用水泥廠附近的電廠的低壓蒸汽從吸附劑中解吸CO2。粗略估計(jì)，解吸增加的能耗可能會(huì)使水泥熟料能耗增加一倍。

2) 吸附法

吸附法是指在一定的條件下（溫度、壓力等）利用吸附劑對(duì)CO2進(jìn)行有選擇性地吸附，然后通過(guò)改變條件將CO2解吸，從而達(dá)到分離CO2的目的。吸附法按照吸附條件可以分為變溫吸附法和變壓吸附法。該法主要依靠范德華力將CO2吸附在吸附劑的表面，其吸附能力主要取決于吸附劑的比表面積以及操作的溫度差或壓力差條件。由于溫度調(diào)節(jié)控制速度較慢，效率較低，需要大量的吸附劑，導(dǎo)致此種技術(shù)的成本較高,在工業(yè)中一般較少采用變溫吸附法[4]。

3) 膜分離法

膜分離法是指在一定的條件下，通過(guò)膜對(duì)氣體的滲透有選擇性地將CO2分離出來(lái)。膜分離技術(shù)具有投資少、能耗低、占地少以及維修方便等優(yōu)點(diǎn)，在CO2捕獲領(lǐng)域頗受關(guān)注。我國(guó)在膜分離法捕獲CO2技術(shù)上已經(jīng)取得了一定進(jìn)展。大連化學(xué)物理研究所研制的CO2膜分離裝置，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)低品位天然氣燃燒時(shí)CO2的捕獲。按照膜材料的不同，主要有無(wú)機(jī)膜、聚合體膜以及正在研究的混合膜等[4]。

4) 鈣循環(huán)法

鈣循環(huán)過(guò)程（也稱為碳酸鹽循環(huán)）是一個(gè)有發(fā)展前景的碳捕獲技術(shù)。碳酸化過(guò)程是在一定的溫度和壓力下碳酸鈣與氧化鈣和二氧化碳的平衡為基礎(chǔ)的。在碳酸化過(guò)程中，氧化鈣與富含CO2的煙氣接觸，在放熱反應(yīng)中產(chǎn)生碳酸鈣。在隨后的煅燒過(guò)程的鈣碳酸鹽再分解生成二氧化碳和氧化鈣。碳酸化器安裝在熟料生產(chǎn)的下游。

關(guān)于燃燒后碳捕獲技術(shù)在水泥窯中的應(yīng)用研究大多集中于鈣循環(huán)技術(shù)。此外，也有一些是關(guān)于化學(xué)吸收和個(gè)別的化學(xué)吸附的研究。具體見(jiàn)表2[1]。

表2 燃燒后捕獲領(lǐng)域的研究活動(dòng)

(4) 混合捕獲

混合捕獲技術(shù)是指不同的捕獲方法的組合，一般是富氧燃燒技術(shù)結(jié)合其他的燃燒技術(shù)。如燃燒前捕獲結(jié)合富氧燃燒；燃燒后捕獲結(jié)合富氧無(wú)煙氣再循環(huán)；燃燒后捕獲結(jié)合富氧燃燒與部分煙氣再循環(huán)；燃燒后捕獲結(jié)合全富氧操作包括煙氣再循環(huán)等。在水泥行業(yè)的混合捕獲技術(shù)目前還沒(méi)有相關(guān)的文獻(xiàn)和資料報(bào)道。

(5) 水泥廠和電廠之間的聯(lián)合碳捕獲

化學(xué)吸收技術(shù)在水泥熟料燒成過(guò)程中的應(yīng)用，需要一個(gè)額外的電廠提供低壓力蒸汽進(jìn)行溶劑再生。除蒸汽生產(chǎn)外，發(fā)電廠也可以滿足水泥廠的電能需求，或產(chǎn)生一個(gè)可用于二氧化碳?jí)嚎s或剩余電能可以并入電網(wǎng)，而且現(xiàn)在一部分水泥廠也同時(shí)有余熱發(fā)電或電廠存在，所以水泥廠和電廠之間的聯(lián)合碳捕獲已成為可能，也可以利用電廠和水泥生產(chǎn)之間的其他協(xié)同效應(yīng)。例如，電廠采用鈣循環(huán)過(guò)程捕獲CO2，產(chǎn)生的碳酸鈣又可以重復(fù)使用作為水泥熟料燒成過(guò)程的替代原料。最佳的方案是如果電廠和水泥廠可以作為集成的工廠也能為吸附劑的大量使用減少運(yùn)輸成本，降低二氧化碳排放，降低熟料燒成過(guò)程的能耗。此外，在使用鈣循環(huán)的過(guò)程中，不需安裝額外的減排措施（如脫硫、脫硝，此法兼具脫硫、脫硝功能），從而降低投資和運(yùn)行成本。

三、 結(jié)束語(yǔ)

從國(guó)際國(guó)內(nèi)與碳排放相關(guān)的法律法規(guī)入手，重點(diǎn)介紹了歐美水泥工業(yè)CO2捕獲潛在的幾種方式和相關(guān)領(lǐng)域的研究活動(dòng)。雖然水泥工業(yè)CO2的排放量相對(duì)較少（5%），但由于全球變暖趨勢(shì)的高壓，世界各國(guó)都在采取措施限制CO2的排放。我國(guó)從2017年開(kāi)始正式啟動(dòng)碳交易市場(chǎng)，通過(guò)CO2配額來(lái)控制其排放。歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家也在積極采取應(yīng)對(duì)措施，努力尋求減少CO2排放的策略，CCS在CO2減排中承擔(dān)80%的任務(wù)。盡管美國(guó)最近宣布退出《巴黎協(xié)定》，給美國(guó)溫室氣體減排增加了不確定性，但不會(huì)改變絕大多數(shù)國(guó)家減緩氣候變暖的決心和行動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]IEAGHG.Deployment of CCS in the Cement Industry[R].2013,9.

[2]http://wenku.baidu.com/link?url=OQU43wEvon4hkxtnmYMTiB8fNVZvz auBuJhUDbZS6yiRmiXgB4UgwVYo74D bYwotBZ9mhg NbVU VXW3JxCx13LguIxS nhVuTlC8ouscEsde.

[3]錢(qián)政霖,馬曉明.國(guó)際自愿減排標(biāo)準(zhǔn)比較研究[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì)，2012（5）：39-42+48.

[4]韓東升，任吉萍，吳干學(xué)，等.碳捕獲與封存技術(shù)綜述[J].四川化工，2012,15（2）:17-21.