碳封存技術對我國發展低碳經濟的潛在作用

劉 嘉陳文穎劉德順

(1.清華大學公共管理學院;2.清華大學核能與新能源技術研究院北京100084)

碳封存技術對我國發展低碳經濟的潛在作用

劉 嘉1陳文穎2劉德順2

(1.清華大學公共管理學院;2.清華大學核能與新能源技術研究院北京100084)

碳捕獲和封存技術(CCS)是一項新興的碳減排技術,對于發展低碳經濟而言或許是一項技術創新的解決方案。本文介紹了低碳經濟的提出和我國的應對措施,從發展低碳經濟對我國的機遇與挑戰入手,分析了CCS技術對我國發展低碳經濟的潛在作用,并結合中國當前CCS技術的研究進展對未來該技術在中國的研究與應用提出了一些建議。

碳封存;低碳經濟;低碳發展;低碳技術

近年來,低碳經濟的概念引起了國際社會各界的廣泛關注。以英國為代表的眾多發達國家紛紛呼吁全球經濟應向低碳經濟轉型,并有很多研究機構對實現低碳經濟的措施和成本進行了測算。面對國際社會中低碳經濟的迅速升溫,我國也很快采取措施予以應對。2007年,我國公布了國家氣候變化應對方案,首次正式提出并從能源政策、能源利用和改進的角度闡述了低碳發展。

我國正處于工業化、城市化和現代化加快推進的發展階段,能源需求正在快速增長,同時考慮到我國以煤為主的能源結構和以工業為主的產業特點,我國發展低碳經濟還將面臨著很多特殊考驗和挑戰。其中,最核心的問題就是如何在“碳約束”下更有效地利用以煤為主的化石資源來滿足經濟和社會發展目標。要想解決這個難題,創新才是根本出路。而碳捕獲和封存技術(Carbon capture and storage,CCS)作為一項新興的減排技術,或許就是一個技術創新的解決方案。如果CCS技術能夠解決目前能耗和成本較高的問題,進一步提高技術可靠性和安全性,加強社會公眾對其風險和影響的了解,那么它的大規模應用將有望實現化石能源的碳近零排放,這對于我國未來的低碳發展將具有非常重要的戰略意義。

1 低碳經濟的提出

“低碳經濟”最早由英國工貿部在其能源白皮書《我們能源的未來——創建低碳經濟》中提出[1]。這一概念一經提出就引起了國際社會各界的廣泛關注。尼古拉斯·斯特恩爵士在其斯特恩報告中指出,全球以每年GDP中1%的投入,可以避免未來每年5～20%的GDP損失,呼吁全球向低碳經濟轉型,并在“全球應對氣候變化的關鍵要點”報告中進一步測算了為實現低碳經濟所應達到的溫室氣體穩定濃度的減排量[2]。

面對國際社會中低碳經濟的迅速升溫,我國也迅速宣布并采取了一系列政策和行動來予以應對。2006年底我國由科技部和中國氣象局等六部委聯合發布了第一部《氣候變化國家評估報告》;2007年公布了國家氣候變化應對方案,首次正式提出并闡述了低碳發展,并設定了2010年能源強度要在2005年的水平上減少20%;2009年11月,國務院宣布,中國將在2020年將碳強度在2005年的水平上降低40～45%;今年8月,國家發展和改革委員會發布了《關于開展低碳省區和低碳城市試點工作的通知》。陜西和天津等五省八市,成為了中國的第一批低碳試點地區。這意味著中國已將低碳發展提上具體議程,中國從此正式邁上低碳發展之路。

2 低碳經濟的機遇與挑戰

所謂低碳經濟,就是指通過提高能效、開發新能源以及發展CCS技術等各種手段,以低能耗、低排放為基本特征,順應可持續發展理念在保護生態和環境的前提下達到經濟和社會可持續發展的經濟發展形態。雖然低碳經濟是近幾年提出的新的經濟發展形態,但其核心是發展以低碳的最主要特征的能源、技術和消費的可持續的產業體系,因此就其本質而言仍是可持續發展經濟。這對于面臨著國際社會要求承擔溫室氣體限排義務,國內的經濟發展以及資源與環境的可持續發展三重壓力的我國來說,可謂是機遇與挑戰并存。

2.1 低碳經濟的機遇

低碳經濟之所以一經提出就受到國際社會的廣泛關注,主要原因就在于在當前全球碳排放受到限制的局面下,提升低碳技術競爭力就是提升了國家核心競爭力。因此,對于在低碳技術和市場發展相對落后的我國來說,發展低碳經濟有利于提升我國低碳技術競爭力。我國如能后來居上搶占到這個領域的先機和制高點,對于國家形成新的經濟增長點,有效提高該領域的科技競爭力,以及為企業在國際市場創造機遇,為國家在國際政治博弈中爭奪話語權都是大有裨益的。其次,發展低碳經濟也有利于保障我國的能源供應和安全。發展低碳經濟可有效提高能源利用效率、發展替代能源,這對于能源利用效率偏低、能源結構以煤為主的我國來說,可有效促進能源結構的優化和效率的提高,從而保障能源的供應和安全。

另外,發展低碳經濟還有助于改善我國的投資和生態環境。低碳的核心特征將要求我國目前以高能耗、高污染的重工行業的“高碳”投資向低能耗、低排放的低碳行業轉移,這將有效改善我國目前高耗能行業過快發展的“行業鎖定”狀態。同時,發展低碳經濟還可有效減少其他污染氣體,這與我國當前落實科學發展觀,建設資源節約型和環境友好型社會都是不謀而合的。

2.2 低碳經濟的挑戰

與發達國家相比,我國在發展低碳經濟方面將面臨著許多階段性的特殊考驗。

首先,我國正處于工業化、城市化和現代化加快推進的發展階段,能源需求正在快速增長中,大規模的基礎設施建設不可能停止。以“高碳”為主要特征突出的“發展排放”問題,將成為中國可持續發展和外交談判中的重點問題。

其次,我國“富煤、貧油、少氣”的資源條件,決定了中國能源結構以煤為主,可替代的低碳能源十分有限。在電力結構中,火電占七成以上,“高碳”占絕對的統治地位。在火電中,燃煤發電又占九成以上,而煤炭的單位二氧化碳排放要明顯高于比石油和天然氣。由于石油和天然氣的發展在我國面臨著巨大的缺口,優先供交通和民用,因此未來仍以煤炭為主的火電的大規模發展對發展低碳提出了很大挑戰。

再次,當前階段中國經濟的主體和能源消費的主要部門仍是工業,而工業的整體技術水平落后,加重了中國“高碳”經濟的特征。數據顯示[3],近年來中國工業能源消費長期占據能源消費總量的70%左右。其中,鋼鐵、水泥、電力等高耗能行業又長期占工業總用能一半以上,重工業在我國工業增加值中的比重逐漸攀升,因此如何調整經濟結構,轉變經濟發展方式,如何在工業化推進過程中調整工業內部結構,提升工業技術水平和能源利用效率,使碳排放增長與經濟增長逐步“脫鉤”,也是發展低碳經濟的重要挑戰。

最后,作為一個發展中國家,中國發展低碳經濟的最大挑戰,是如何利用有限的投資去提升整體科技水平,加強低碳技術的研發能力。盡管《聯合國氣候變化框架公約》規定,發達國家有義務向發展中國家提供技術轉讓,但實際情況與之相去甚遠,中國不得不主要依靠商業渠道引進。據估計,以2006年的GDP計算,中國由高碳經濟向低碳經濟轉變,年需資金250億美元[4]。如此的巨額投入,顯然是中國發展低碳經濟的沉重負擔。

其實,通過擴展Kaya恒等式[5]可知,一個國家能源相關的排放量是該國人口與人均GDP、能源強度和單位能耗碳排放量四者的乘積。我國正邁向小康社會的關鍵階段,龐大的人口基數和現行政策在人口控制方面的良好效果,決定了我國人口的穩定性和人均GDP穩定增長的必要性。另外,我國能源結構以煤為主,可替代的低碳能源有限決定了單位能耗碳排放量的下降空間。因此,大幅降低碳排放的因素就是能源強度,這將成為我國發展低碳經濟的核心要素。

綜上所述,我們在發展低碳經濟時必須考慮如何在“碳約束”下更有效地利用以煤為主的化石資源來滿足經濟和社會發展目標。我們需要通過政策創新來解決口號與行動脫節,低碳經濟建設缺乏系統性的問題;需要通過理念創新來倡導人們以綠色生活方式和消費模式來低碳生活;需要通過宣教創新來引領每個人從自身做起共同為發展低碳經濟做出貢獻。最重要的,是通過技術創新,來推動低碳技術的發展。而CCS技術或許就是一個技術創新的解決方案。下面,將分析CCS技術對發展低碳經濟的潛在作用。

3 CCS技術對發展低碳經濟的潛在作用

碳捕獲與封存技術就是指把CO2從工業或相關能源排放源分離出來,輸送到封存地點進行儲存,并使其長期與大氣隔絕的過程[6]。關于CCS技術的介紹及其在中國的應用前景,很多學者已進行過綜述和研究[7-8]。對于我國的溫室氣體減排技術和措施而言,CCS技術由于其技術之新興而具有后發性,由于應用之特點而具有規模性,因此它不僅能有效地減少碳排放,而且還可能更持久地更清潔地利用我國豐富的煤炭資源。這對能源結構以煤為主的我國來說,在未來的低碳發展過程中具有極其重大的戰略意義。具體來說有以下三點:

(1)CCS技術為我國溫室氣體減排提供了重要的戰略選擇。由于提高能源利用效率以及發展新能源和可再生能源面臨著“天花板效應”和資源稟賦的限制,CCS技術有望在提高能效達到瓶頸和可再生能源尚未完全成熟并商業化應用時成為一種過渡性的減排技術,從而為我國的溫室氣體減排提供了一種重要的戰略性技術選擇。國際能源署研究顯示,隨著提高能效瓶頸限制和可替代能源資源開發逐漸由易轉難等原因,CCS對總體減排的貢獻將從2020年的3%上升至2030年的10%,并在2050年將達到19%,成為減排份額最大的單項技術[9]。不僅如此,國際能源署在綜合分析了各類減排技術的長期減排成本后認為,CCS技術的使用還可降低總減排成本。如果在不采用CCS技術的情況下實現氣候控制目標,那么到2050年總減排成本將比使用CCS增加70%[10]。

(2)CCS技術可成為提升我國低碳技術競爭力的機遇。目前,CCS技術作為一項新興技術,總體上仍處于研發和示范階段,我國在該技術領域與國際先進水平的差距不大。我們可以充分利用CCS技術發展的后發性,加強在該領域的投資與研發,將該技術作為未來我國應對氣候變化和全球變暖的重要技術儲備,提高我國在低碳技術領域的科技競爭力。在提高我國應對氣候變化能力的同時,還可能會形成一個新的低碳經濟的增長點,從而改變我國在傳統能源產業中的不利地位,為相關企業在國際市場的融合和領先創造機遇。

(3)CCS技術可有效保障能源安全,促進可持續發展。由于CCS技術優勢在于可減少使用化石能源造成的二氧化碳排放,因此它在全球的應用行業也均以化石燃料電廠為主,尤其是燃煤電廠,我國也不例外。但對能源結構以煤為主的我國來說,CCS如果能與煤炭的轉化和加工如煤制油、煤制氣結合起來,對于保障我國的能源安全,促進可持續發展也具有著非常重大的保障作用。因此,CCS技術在煤的轉化和加工領域的應用將是中國獨有[10]。如果中國可以通過CCS技術的應用從而實現煤炭從開采、到轉化以及終端利用的整個煤炭利用全過程的近零排放,那么CCS技術將不僅僅發揮一項清潔煤炭利用技術的功能,在保障能源供應和安全,減少溫室氣體排放,促進可持續發展的低碳經濟發展全局中也將具有著至關重要的戰略作用。

4 結語

作為一項新興的碳減排技術,CCS技術對于我國發展低碳經濟具有著極其重大的戰略意義,為我國在低碳發展中提供了重要的減排戰略選擇、提升了低碳技術競爭力的機遇和保障能源安全,促進可持續發展的可能。因此,我國應重視并加快推進CCS技術的研發和示范項目的建設,分析該技術的應用對我國未來發展低碳經濟的作用。現階段,我國已對二氧化碳排放、CCS的源匯匹配及其關鍵技術環節開展了相關調查和研究,為CCS技術在中國的研究及未來可能的應用建立了基礎平臺。由于CCS技術目前的發展成熟程度以及關鍵技術的成本和能耗較高,我國應持續密切關注和追蹤該技術的發展,加強其研發和示范,進一步提高技術的安全性和可靠性,為實現可持續發展的低碳經濟做出最大努力。

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[2]Stern N.Key elements of a global deal on climate change[M].London,2008.

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[4]任立.低碳經濟與中國經濟可持續發展[J].社會科學家,2009(2):47～50.

[5]Kaya Yoichi. Impactof carbon dioxide emission on GNP growth:Interpretation of proposed scenarios.Paris:Presentation to the energy andindustrysubgroup,responsestrategies working group,IPCC,1989.

[6]IPCC.IPCC special reporton carbon dioxide capture and storage[M].Geneva:WMO/UNDP,2006:3-5,29～30.

[7]陳文穎,吳宗鑫,王偉中.CO2收集封存戰略及其對我國遠期減緩CO2排放的潛在作用[J].環境科學,2007,28(6)1178～1179.

[8]劉嘉,李永,劉德順.碳封存技術的現狀及在中國應用的研究意義[J].環境與可持續發展,2009,2:25～27.

[9]IEA.Energy technology perspectives[M].Paris:France,2008.

[10]氣候組織.CCS在中國:現狀、挑戰和機遇[M].北京,2010.

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1673-288X(2010)06-0046-04

劉嘉(1980—),男,上海人,博士研究生,主要從事能源資源與可持續發展和全球氣候變化研究。