我国二氧化碳排放现状与减排对策探析

我国二氧化碳排放现状与减排对策探析
梁淑轩，袁晨光，孙汉文
河北大学化学与环境科学学院，河北保定（071002）
E-mail: liangsx168@
摘要：二氧化碳是引起全球气候变化的最主要的温室气体之一，控制二氧化碳排放问题受到世界各国的广泛关注。

本文分析二氧化碳排放现状和减排意义，就减少二氧化碳的产生量和向环境的排放量的技术途径进行了探讨。

提出了我国需要通过减少污染源排放量应对面临的挑战。

关键词：二氧化碳；减排；产生；对策
1. 引言
随着科学认识的深入，对人类活动与全球增温的关系也得到了确认，人类经济活动所排放的大量温室气体是造成全球变暖的一个重要因素。

不仅如此，温室气体的种类也不仅仅限于二氧化碳（CO2），在1997 年《联合国气候变化框架公约》的缔约方会议上，将温室气体的定义从只有二氧化碳一种增加到包括二氧化碳、甲烷、氧化二氮、氟里昂、多氟代烷和六氟化硫在内的六种气体。

在缔约方会议上所签署的控制温室气体排放的《京都议定书》中，明确要求减排包括二氧化碳在内的所有六种温室气体[1]。

二氧化碳是引起全球气候变化的最主要的温室气体之一，控制二氧化碳排放问题受到世界各国的广泛关注。

中国科学院工程热物理研究所徐建中院士在题为《控制二氧化碳排放的若干科学问题》的报告中说，随着人类对化石能源的依赖越来越大，二氧化碳减排成为人类必须解决的、不可回避的重大问题[2]。

本文主要分析二氧化碳排放面临国际国内压力和排放现状，就如何减少二氧化碳的产生量和向环境的排放量进行了探讨。

2. 二氧化碳排放面临的挑战
近年来，很多国家开始把温室气体的排放控制纳入环境污染防治法的调整范围。

例如，澳大利亚、加拿大等国已经从法律上把二氧化碳作为大气污染物质对待；几乎所有的欧盟国家都征收碳税，建立了与汽车和工业企业排放二氧化碳的温室气体排放控制有关的环境税费制度。

欧盟于2003年3月颁布《温室气体排放交易指令》，建立了温室气体排放交易制度，许多国家还对违反规定排放二氧化碳制定了严厉的处罚措施，其中以欧盟国家最为严厉。

尽管美国联邦政府对管制二氧化碳排放一直持消极的态度，但是一些态度积极的州则签订了具有约束力的州际二氧化碳排放份额交易协定，以减少二氧化碳的排放。

2007年4月2日，美国联邦最高法院作出判决，认为二氧化碳属于污染物质，应当受《清洁空气法》的调整，联邦环保局应当对汽车尾气的排放予以管制。

随着我国经济的高速发展，能源消耗量持续增加，二氧化碳等温室气体的排放量也会不断增加，我国也成为全球温室效应的受害国。

联合国开发计划署于2007年11月28日在北京发布的《2007/2008年人类发展报告》，从报告里可以看到，到2020年，中国的平均气温将比1961年至1990年间高1.1~2.0℃，上个世纪全球近地面气温平均升高为0.3～0.6℃，我国远高于次平均值，如果继续采用目前的排放模式，中国三分之二的冰川，将会在2060年前融化，
而剩下的那三分之一也会在本世纪结束前消失。

此外，极端气候现象在过去的几年中发生的越来越频繁。

控制温室气体排放、减缓气候变化已成为我国实施可持续发展战略的重要组成部分，但我国还没有任何法律明确把二氧化碳作为污染物质对待。

目前，我国和大气污染排放控制有关的法律主要有《环境保护法》、《大气污染防治法》、《清洁能源法》和《节约能源法》。

由于《环境保护法》制定于温室效应不严重的计划经济时代，不可能对今天发生的全球化大气温度暖化问题作出法律上的预计和安排，因此，不可避免地出现二氧化碳排放管制法律规范的缺失。

《大气污染防治法》虽然管制烟尘、二氧化硫等大气污染物质的排放，管制臭氧层耗减物质的排放，但是没有将CO2列为污染物质，是不规范CO2排放的。

《清洁能源法》和《节约能源法》虽然规定了节能减排的措施，但是由于缺乏区域控制和总量控制制度，缺乏严格的行政处罚措施，因此这两部法律所发挥的作用非常有限。

全球气候变暖这一趋势威胁着全人类的生存和发展，在“共同但有区别的责任”原则下，中国应以对全球环境事务负责任的大国态度，在可持续发展的框架下，积极制定并实施减缓气候变化的国家对策。

科技部、中国气象局、中国科学院等六部门在2007年发布了“气候变化国家评估报告”，这是我国编制的第一部有关全球气候变化及其影响的国家评估报告。

评估报告指出，随着中国未来经济的持续发展，使GDP的碳排放强度较大幅度地持续下降，到本世纪中叶，将争取实现碳排放量的零增长乃至负增长。

评估报告还指出，中国减缓气候变化的总体思路是：在保证中国到2020年全面建设小康社会、基本实现工业化以及到本世纪中叶基本实现现代化的社会经济发展目标的前提下，采取转变经济增长模式和社会消费模式，发展并推广先进节能技术、提高能源利用效率，积极发展可再生能源技术和先进核能技术，以及高效、洁净、低碳排放的煤炭利用技术和氢能技术，优化能源结构，保护生态环境等措施，走“低碳经济”的发展道路，并逐步建立减缓气候变化的制度和机制，以减少二氧化碳等温室气体的排放。

未来，随着我国经济继续快速发展，我国将面临更大的压力，如果不对温室气体的排放加以合理有效的控制，届时我们会在享受经济增长成果的同时也会食下环境气候恶化的苦果。

积极开展二氧化碳减排方面的研究，探索符合我国国情的二氧化碳减排之路已经迫在眉睫。

3. 二氧化碳排放现状分析
3.1 全球CO2排放情况及浓度变化情况
工业革命以后，随着人类大规模机械化生产活动，对能源使用的日益增加，大气中的温室气体浓度迅速上升，目前，人类每年因用能向大气排放的CO2约220×108t；而工业革命前只有0.4×108t。

大气中的CO2浓度变化见图1[3]，大气中的CO2体积分数由1700年的280×10-6增加到目前的350×10-6，每年大约增加0.5%或1.5×10-6；而近20年来增加趋势急
剧上升，平均每年增加1.9×10-6，这一增加仍以近乎指数曲线的规律在发展。

2007年大气中二氧化碳浓度及测算达到了379 ppm，是地球历史上65万年以来的最高值。

由于大气中CO2等温室气体惊人的增加率已经加速了地球变暖的进程，使“温室效应”愈发明显，直接造成了气候的变化；如果得不到有效控制，将给人类带来不可估量的损失。

1988年联合国环境署(UNEP)和世界气象组织(WMO)联合组建了政府间气候变化专业委员会(IPCC)，在1995年12月IPCC发表的第二次评估报告(SAR)中证明，人类活动对全球气候的影响被认定为无可争辩的事实。

据IPCC的结论，从19世纪后期至今的100多年中，全球近地面气温平均升高了0.3～0.6 ℃；而与此同时，全球海平面平均升高了10～20 cm。

如不采取任何控制措施，这样发展下去，到21世纪末，全球气温将上升约3℃，海平面上升65 cm。

图1 大气中CO2自1700年以来的变化
3.2 我国CO2排放现状
从总量上看，目前中国CO2排放量约占世界二氧化碳排放总量的13.0%（如图2）[3]，仅次于美国（占23.9%），已位居世界第二[4,5]。

1990-2001年，中国二氧化碳排放量净增8.23亿t，占世界同期增加量的27%，预计到2020年，排放量要在2000年的基础上增加1.32倍，这个增量要比全世界在1990年到2001年的总排放增量还大。

科学预测表明，到2025年前后，中国的二氧化碳排放总量可能超过美国，居世界第一位[6]。

从人均来看，目前中国人均二氧化碳排放量低于世界平均水平，到2025年可能达到世界平均水平。

从排放强度来看，由于技术和设备相对陈旧落后，能源消费强度大，我国单位GDP的温室气体排放量也居世界前列。

因此，未来面临国际上的温室气体减排压力会越来越大。

图2世界各国CO2排放现状
中国能源活动的温室气体排放源类型包括静止源、移动源和能源开采、加工与输送过程中的排放源三大类。

从燃料品种看，煤炭是中国矿物燃料的主要CO2排放源；从三大排放源类型看，静止源是中国CO2的主要排放源；从静止源内部结构看，工业部门是最大的CO2排放源。

4.二氧化碳的减排对策及难点
气候变化及其对经济和社会发展影响的问题正成为当前世界各国政府和科学家们所关注的重大问题[7]。

中国是一个大国，由于种种原因，减排或者控制CO2排放，是必然的选择，特别是在《京都议定书》到期后，中国将面临减排CO2的巨大压力，因此中国必须及早开展减排CO2的研究[8-11]。

4.1 CO2减排对策
4.1.1 从源头抓起，减少CO2的产生量
CO2除来源于海洋和土壤自然释放等天然来源外，人为产排CO2成为其主要来源。

人为来源包括交通动力、电力生产、工业生产、住宅和商业能源四个方面，据统计分别占人为产排总量的23%、34%、25%和18%。

为减少其排放，根据人为产排CO2来源的不同，应从以下四个方面着手：
（1）对于来自于交通动力产生的CO2，主要应着眼于开发高动力高效率能源的技术，以减少能源消耗和二氧化碳的排放[12]。

例如，开发先进的发动机；复合车辆技术；燃料电池车辆等。

另外，从政策上限制车辆数量的不断增长，比如提高各种相关税费，提高燃料价格，鼓励人们多乘用公共交通设施，减少私家车的使用等。

（2）对于来自电力生产的CO2，主要应从开发新能源如核能、水能、风能、太阳能、生物质能等处着手，替代能源是解决能源危机和减少CO2及其它污染排放的有效途径[13,14]。

目前，核能是最有希望大规模替代化石能源的一次性能源，不仅发电成本较燃煤要低，而且在使用过程中不会产生污染气体和CO2，是一种清洁能源，加之我国铀资源较丰富，足以使
核能成为最有潜力的主导能源，但在未来很长的一段时间中，我国仍会以燃煤和石油作为主要能源，所以同时还要把重点放在现有技术改进上。

采用传统的简单燃烧循环技术，其效能只有33%，燃煤新技术将把这一效能提高到40%，先进的天然气燃烧复合循环发电技术将能使效能提高到58%，其二氧化碳的排放量也减少大约60%。

目前经合组织国家采用先进的天然气燃烧复合循环技术实现了电力便宜和减少二氧化碳排放的双重目标。

（3）对于来自工业生产的CO2，我国应该以以建构资源节约型社会和低能耗、清洁性生产要求下的现代制造业发展为主导，以先进性技术的引进和自主创新为支持，在工业生产的每个环节，通过改良生产设备和工艺技术，以提高能源利用效率，实现清洁化生产[15,16]。

（4）对于来自住宅和商业方面的CO2，应从改变用能结构、促进可再生能源利用着手。

在生活用能结构方面，应加强城镇电力、天然气的保障供给和相应的炊事、取暖设施改进，以最大限度地减少燃煤的直接使用；对于生活在农村的居民，应通过适当的财政补贴等措施鼓励其施行炊事沼气化和积极开发利用可再生能源，促使清洁能源早日替代污染能源；在建筑方面，在建筑物建造和使用过程中，耗能对全国温室气体排放率现达42.2%，其中近一半是由于建筑耗能所致[17]，所以应树立全天候、全寿命、全方位、全过程、全系统的广义建筑节能观念和科学、适度的住房消费观，以最大限度地节约资源、能源和减少CO2等温室气体的排放，从技术方面可以通过提高材料绝缘性能，使用节能建材和节能照明和家用电器设备来实现。

4.1.2 从治理抓起，减少CO2的排放量
通常减少排放CO2有着两种做法：第一种，增加自然界吸收总量，包括提高陆地和海洋生物总量。

第二种，保存工业排放中的CO2排放量并将其存储于地下。

（1）加强植被建设，增加自然界吸收总量
植被可以吸收空气中的CO2，并将它固定在植物体内和土壤中，因森林植被破坏造成土壤中的碳排放往往仅次于化石燃料，平均每公顷森林可以吸收16t CO2，释放12t O2，森林是CO2 的主要消耗者。

我国森林资源目前面临着总量不足、分布不均、质量不高等问题，全国森林蓄积量还不到世界总蓄积量的3%，森林面积亦只占全球森林总面积的4.6%[18]。

有关研究表明，中国陆地生态系统的碳贮量目前处于一种低水平状态，因此中国陆地生态系统的碳库贮存潜力很大，生物固碳成为短期内我国储存CO2减缓温室效应的主要途径之一，亦是有效地防风固沙、保持水土和维护生物多样性、促进我国可持续发展的重要保障[19,20]。

（2）碳收集封存，减少工业排放中的CO2
碳收集封存(Carbon Capture and Storage，CCS) 即把化石燃料燃烧产生的CO2进行收集并将其安全地存储于地质结构层中，从而减少CO2排放。

在工程上CO2被注入地下地质岩层，首先于70 年代初在美国Texas用于强化开采石油。

CO2 的地质埋存，在70年代被提出，但直到90年代初，这种概念才得到认可。

目前CO2地质埋存已被广泛认为是一种潜在的、可供选择的减排方案。

世界上已有CO2捕获示范项目11个、捕获研发项目35个、地质埋存示范项
目26个、地质埋存研发项目74个。

据估计，2015年全球发电厂示范项目将会有10 Mt 的CO2捕获能力，每年至少有10个100万t 规模的新封存项目[21-24]。

CCS主要有3个环节构成:碳的捕获、运输与储存。

碳的捕获指将CO2从化石燃料燃烧产生的烟气中分离出来，并将其压缩至一定压力，以超临界的状态有效地储存于地质结构层中；运输指将分离并压缩后的CO2通过管道或运输工具运至存储地；碳的地质储存指将运抵储存地的CO2注入到诸如地下盐水层、废弃油气田、煤矿等地质结构层中[25-29]。

储存场址必须有合适的容量和可注入性、有满意的密封盖岩、有足够稳定的地质环境[30-33]。

CO2分离最难，费用最高，分离和回收二氧化碳的技术主要有吸收法、吸附法、膜分离法等[34]，目前一乙醇胺（MEA）化学吸收天然气/燃煤电厂烟道气中的CO2，世界电站点源排放CO2占CO2总排放的1/3以上，这成为一项可利用的技术[35]，但是价格是主要制约因素；CO2运输相对简单；储存技术也是很活跃研究领域，其主要问题是无法长期储存，目前挪威、加拿大开始采用深海储存。

CCS技术可以有效的解决全球变暖的问题。

所需的技术已经在石油和天然气工业内使用了许多年，时至今日已被证实依然是可行的。

所以说在未来的数十年当中，CCS技术将在CO2减排中扮演非常重要的角色。

4.2 二氧化碳减排难点
二氧化碳排放源分布广泛，涉及到工业、交通、建筑、农业和管理等各个领域，由于各二氧化碳排放源不同，很难用单一的方法分离回收。

不论采用哪种二氧化碳分离方法，分离过程的能耗都很高，这不仅意味着额外增加了单位发电量或产品的二氧化碳排放量，而且大幅降低了能源系统效率。

二氧化碳被分离后，需要存储起来，才能达到与大气隔离的目的。

由于CO2量巨大，每年达百亿吨，如此大量的CO2安全存储也是其减排的难点之一。

全球每年CO2的排放总量约为几百亿t，对如此大量的CO2进行捕获和封存是一件非常困难的事。

CO2的储存技术主要有深海储存等多种形式，但目前许多研究工作才刚刚开始，二氧化碳的储存技术有可能产生的一些新问题尚有待深入研究。

5. 我国二氧化碳减排展望
我国是世界上CO2的第二大排放国，随着经济的发展，我国未来的能源消费以及CO2排放还将持续增长。

中国未来的发展需要节能减排。

我国经济走向能源依赖重工业化阶段，人均能源消费潜力、低效的能源消费效率、能源特点下的温室气体排放的现况，都需要我们实现节能减排，在现今经济快速增长的阶段，实现节能减排具有极其重要的意义。

因此，有效开展CO2及其它污染物减排是实现经济健康发展和环境质量不断改善的基础。

加快完善环境管理政策和法律法规，提高能源效率，加速能源替代，采用新技术，都是实现节能排放重要途径。

《京都议定书》的生效会促生大量减排CO2项目，如不能提出完
备的措施，将很有可能错失与发达国家合作的良机，或是影响我国自身碳减排目标的完成。

我国作为发展中国家，依靠法规政策和技术进步达成二氧化碳的节能减排是必然的选择。

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Analysis on Present Emission Status and Reduction Strategy
of Carbon Dioxide in China
Liang Shuxuan, Yuan Chenguang, Sun Hanwen
College of Chemistry and Environmental Science, Hebei University, Baoding (071002)
Abstract
Concerns about global climate change have prompted interest in capturing and sequestering CO2. This paper analyzed relative questions for present emission status of CO2 and significance for reduction CO2. Technical topics on output from pollution source and discharge to environmentn were discussed. The main conclusion of the paper is that all of this must be done simultaneously, with technical limited resources, and at a time established relative rule and policy in China to meet the challenge of discharge reduction of CO2.
Keywords: Carbon dioxide, Discharge reduction, Production, Strategy。