认清碳的身份.docx
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1、认清碳的身份陈新华目前,歐盟、英国、中国、美国、日本、韩国、新加坡等50多个国家相继宣布在本世纪中叶实现碳中和,还有近101个国家正在探讨自己的目标,碳中和已成为一场全球规模的运动,涉及人类的共同命运。最近在与欧洲机构和企业沟通过程中,发觉欧洲很多企业和机构提出的碳中和路径存在两大问题:一是碳和二氧化碳(CO2)不分,存在“逢碳必反”的倾向,没有正确相识到碳元素在人类当今和将来的作用。二是在处理CO2问题上,强调以长期地质封存为最终目的的碳捕获与封存(CCS),而对碳转换和利用不够重视。正视这两大问题并对此进行思辨,对中国制定基于科学、切实可行的碳中和路径具有重要意义。碳还是二氧化碳?在气候问
2、题成为政治正确的很多欧洲国家,碳几乎成了一只人人喊打的过街老鼠。在“低碳、减碳、去碳、零碳”的舆论环境下,不仅是环保组织剧烈反对任何含碳化石能源的生产和消费,一些大型跨国石油公司也在自己的“零碳”战略中主动削减油气产量,实现生产过程的零排放,承诺要将销售给终端客户产品的碳踪迹也降到零,并将碳捕获与地质封存作为碳中和的主要技术手段。挪威与荷兰,欧洲这两大自然气生产大国已在探讨禁用自然气。欧洲投资银行确定,除了自然气加CCS(碳捕获与封存)或生物质制气项目,从今年起不再给自然气项目贷款。欧洲很多探讨机构提出,能源系统的低碳转型路径要以零碳电力代替化石能源,一些难以减排的领域(如重卡、船舶、石化、水
3、泥和钢铁)则以零碳电力制取的绿氢来代替化石能源。国内有些机构也沿着这样的思路在开展国家、企业和地方的碳中和路径探讨。然而,这些探讨没有正确相识碳的重要性,也忽视了能源系统不仅供应能量还供应化工原材料这一事实。碳是自然界最普遍的元素之一,是地球上能够形成生命的最核心要素,没有碳,就没有生命。碳与我们日常生活休戚相关。铅笔的笔芯由碳组成,钻石也是。米饭蔬果都是以碳为基本元素的化合物组成,衣服和日常用品也全是碳化合物产品。在人类的发展历史上,碳不仅是食物的来源、能量的来源,更是材料的来源。随着科技的进展,碳材料将扮演越来越重要的角色。由二维碳材料组成的石墨烯(Graphene)是一种革命性的材料,具
4、有优异的光学、电学、力学特性,在包括材料、能源、化工、生物医学、航空航天等多个领域具有广袤的应用前景。由碳原子组成的纳米碳材料(碳纳米管、碳纳米纤维、纳米碳球)在硬度、光学特性、耐热性、耐辐射特性、耐化学药品特性、电绝缘性、导电性、表面与界面特性等方面都比其他材料优异,对将来科技的发展将起到重要的支撑作用。所以,问题不在于碳,而在于CO2。但从严格意义上来说,CO2本身也不是问题。没有CO2,都零碳了,植物靠什么来进行光合作用呢?问题的核心是自工业革命以来,化石能源的大量燃烧带来的CO2过量排放。随着大气中CO2浓度的增加,越来越多地汲取地面反射的红外线,使得大量进入大气层的太阳辐射能保留在地
5、面旁边的大气中,从而使地球表面变得更暖,类似于温室截留太阳辐射,这一过程被称为温室效应。温室效应导致气候改变,威逼人类在地球上的生存和发展。因此,须要以限制地表温度上升为目的,限制温室气体在大气中的浓度,使得全球气候处于适合人类居住的范围内。但是,能够产生温室效应的气体除了CO2,还有甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、以及氢氟碳化物(HFCs),含氯氟烃HCFCs、六氟化硫(SF6)等人造气体。据美国环境署统计,2022年全球温室气体排放由CO2(76%),CH4(16%),N2O(6%)和其他气体(2%)构成。由于CO2在全部温室气体中占有肯定优势,它就成为控排和减排的主要对象。“碳中和”
6、就是把某个实体(如一个企业、一个城市、一个国家等)在某一时期的CO2排放量减到最低限度,实在无法削减的则通过对冲手段来中和,使得人类活动往大气中排放的CO2 总量为零,而“气候中和”则包括全部的温室气体,比“碳中和”更进一步。能源系统始终有两个重要的职能:一是为人类活动供应所须要的能源服务,这些服务包括电力、热力和交通移动力;二是通过能源化工,供应人类生活与生产活动所必需的原材料,如塑料、化肥和各种化纤材料。在将来的人类发展进程中,我们不仅摆脱不了对碳的依靠,相反,随着人口的增加和生活水平的提高,人类对碳基材料与产品的需求会与日俱增,即使在将来实现碳中和的年头,人类对碳基材料的需求还会保持在高
7、位。因此,正确处理能源系统的能源服务和碳基材料两重性对于能源转型的路径设计尤为重要。碳封存还是碳利用?根据物质不灭定律,地球上(包括地下和地表大气)的碳元素总量是稳定的,自远古到今日,既不会增加也不会削减,只是通过碳固定和碳释放的方式,在地球的大气圈、陆地生态圈、海洋圈和岩石圈中进行循环。碳固定是指植物的光合作用汲取CO2、海水溶解大气中的CO2、干旱区盐碱土汲取CO2、含碳元素岩石的形成,以及利用人工技术将CO2转化为化学品或燃料等。碳释放主要来自植物和动物的呼吸作用、化石燃料的消耗、岩石圈中含碳元素岩石的分解等。中国科学院院士、中国石油勘探开发探讨院副院长邹才能在最近发表的文章中指出,CO
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