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制定“中国特色”碳中和实施路径

2021-06-07 中国科学报

与其他国家相比,中国在实现碳中和道路上将面临碳排放量大、能源消费以化石能源为主、碳达峰到碳中和缓冲时间短等诸多挑战。

  ■邹才能

  与其他国家相比,中国在实现碳中和道路上将面临碳排放量大、能源消费以化石能源为主、碳达峰到碳中和缓冲时间短等诸多挑战。

  中国是全球最大的二氧化碳排放国,2019年二氧化碳排放量占全球总排放量的29.4%,比美国(14.4%)、印度(6.9%)和俄罗斯(4.5%)的总和还要多。目前,中国能源消费仍然以煤炭、石油、天然气等化石能源为主,特别是煤炭比重占一半以上。2019年,中国能源消费总量为34×108t油当量,煤炭占58%,石油占19%。

  中国从碳达峰到碳中和间隔只有短短30年,即碳达峰后需要快速下降,走向碳中和。欧盟承诺的碳达峰到碳中和时间为60~70年,缓冲时间是中国的2倍。针对中国国情,不能复制国外碳中和模式,需要制定符合中国资源禀赋及国情的碳中和实施路线。

  在实现碳中和的道路上,中国需要在电力、工业、建筑、农业等领域共同努力,减少“黑碳”的排放量和发挥“灰碳”的可利用性。

  推进煤炭高效清洁化利用

  中国煤炭资源丰富,是主体能源类型和重要工业原料。大力推进煤炭高效清洁化利用既可有效控制二氧化碳排放,还能发挥煤炭保障国家能源安全的主力作用。

  煤炭高效清洁利用包括煤的安全、高效、绿色开采,煤燃烧中的污染控制与净化,新型清洁煤燃烧,先进燃煤发电和煤洁净高效转化等。

  煤炭地下气化是清洁利用的重要途径,可从根本上改变中深层煤炭开采利用模式,减少煤炭在开采和应用中造成的环境负面影响。要力争实现中国陆上埋深1000~3000 米煤炭资源气化利用,预估这部分煤炭资源气化开采可产甲烷、氢气等气体(272~332)1012立方米。

  中国约50%的煤炭消费总量用于发电,解决燃煤发电的清洁高效问题是煤炭高效清洁利用的重中之重。现代煤化工以洁净能源和精细化学品为主,包括煤制气、煤制油、煤制化工品等。

  加快清洁用能替代

  加快实施清洁用能替代,优化能源结构,构建清洁低碳、安全高效的能源体系是中国实现碳中和的重要举措。依靠技术创新,进一步降低太阳能、风能发电成本,利用风电—光电—储能耦合模式替代火电,发挥储能技术快速响应、双向调节、能量缓冲优势,提高新能源系统调节能力和上网稳定性。利用光热—地热耦合模式替代燃煤供热用能,发挥太阳能光热和地热的各自优势,形成互补供热用能。

  其次,应提升天然气在低碳转型中的最佳伙伴到最后桥梁作用。天然气是低碳清洁能源,对实现碳中和起到积极促进作用。在碳中和背景下,中国天然气需求增长强劲,预计到2035年,需求量将可能快速增长至(6500~7000)108 立方米。以四川盆地、鄂尔多斯盆地、塔里木盆地为重点,建成多个百亿立方米级天然气生产基地,促进常规天然气增产。重点突破非常规天然气勘探开发,完善产业政策体系,促进页岩气、煤层气等开发利用。

  与此同时,还应大力发展“绿氢”工业及其产业链。中国需要像煤炭、油气等工业一样,加快构建氢能工业,推动实施“氢能中国”战略。中国氢能需求旺盛,但仍以化石能源制氢(即“灰氢”)为主。利用“绿氢”替代“灰氢”,可有效降低二氧化碳排放。

  据中国氢能联盟预测,2030年中国将处于氢能市场发展中期,氢气年均需求量达3500×104t,在终端能源消费中占5%;2050年氢气年均需求量达6000×104t,“绿氢”占氢气来源的70%,在终端能源消费中占比至少到10%,可减排二氧化碳约7×108t。

  此外,加快推进储氢、运氢、氢燃料电池及加氢站等产业链整体发展,与油气工业深入融合,利用现有天然气管网和加油气站等基础设施,在产氢、加氢等产业链节点发挥油气公司先天优势,实现“油、气、氢、电”四站合建,推进氢工业体系高质量发展。

  加大二氧化碳埋藏及封存应用

  二氧化碳埋藏与封存能够实现二氧化碳大规模减排,是化石能源清洁化利用的配套技术。中国以煤炭为主的资源禀赋决定,必须加大二氧化碳的埋藏及封存应用与推广,发挥其在碳中和进程中的作用,推动煤炭高效清洁化利用。

  未来可利用开采油气后的枯竭油田、气田和地下“水田”,形成埋藏及封存二氧化碳的“人工二氧化碳气田”。目前,中国石油已在吉林油田、新疆油田、大庆油田开展二氧化碳驱油等技术攻关,形成年产超100×104t驱油产量,二氧化碳驱油技术取得新的突破。

  中国近海二氧化碳海底地质封存潜力大,封存总容量约为2.5×1012t。初步预测鄂尔多斯盆地深部咸水层和油藏的二氧化碳有效封存量分别为133×108t和19.1×108t,吐哈盆地油气藏、深部咸水层和煤层二氧化碳有效封存量为44×108t。预测沁水盆地煤层二氧化碳的吸附和封存量可达1280×108 t,其中吸附量占96%以上。此外,二氧化碳驱油、驱气不仅可以实现二氧化碳埋存,还可以提高油气采收率。

  未来,可在松辽、渤海湾、鄂尔多斯、大庆等大型油气区,将采完的油田、气田建设成为“人工二氧化碳气田”埋藏与封存示范基地。

  发展碳转化及森林碳汇

  发展碳转化,将二氧化碳转化为化工产品或燃料,实现“变废为宝”。中国科学院大连化学与物理研究所提出的“液态阳光”技术,将“绿氢”与二氧化碳反应制成甲醇,生产1t甲醇可固定1.375t二氧化碳。中国甲醇产能是8000×104t左右,主要从天然气和煤中制取,如果全部采用“液态阳光”技术生产甲醇,可固定上亿吨二氧化碳。

  大力发展森林碳汇,中国西南、东北等重要林区的碳汇能力很大。2010~2016年,中国陆地植被年均固碳能力约11×108t,约等于在此期间中国每年排放量的45%。植树造林可在碳中和的进程中发挥有利作用。

  建立市场机制控制碳排放

  建立健全全国碳排放交易市场,利用市场机制控制碳排放。建立碳市场,增加化石碳类利用成本,有利于从源头减少化石能源消费,降低二氧化碳和大气污染物排放。中国当前碳排放交易市场尚处于构建初期,要进一步完善碳排放交易市场配套细则,实施相关基础设施建设,明晰碳交易相关方的行为标准与规范,健全国家碳排放交易市场体系。

  2050年全球大部分地区和国家将实现碳中和,新能源走上能源舞台中央成为主体能源。预计到2100年以前,能源消费结构由现阶段的“四分天下”转变为“一大三小”新格局(“一大”为新能源,“三小”为煤炭、石油、天然气)。未来中国也将逐步向世界能源消费结构新趋势靠拢发展,实现从现阶段“一大三小”(“一大”为煤炭,“三小”为石油、天然气、新能源)向“三小一大”(“三小”为煤炭、石油、天然气,“一大”为新能源)跨越。

  (作者系中国科学院院士)

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