徐州市二氧化碳排放與減排的思考

向杰 朱丹

引言

隨著全球工業化和化石燃料的大量燃燒，人類向大氣排放過量溫室氣體，主要由二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）組成，礦物燃料開采、燃燒及工業生產中的CO2和N2O排放是溫室氣體的重要來源[1-2]。過量的溫室氣體排放導致的氣候變暖成為全球的共識，其中，二氧化碳作為溫室氣體的主要來源，受到學者及政府的廣泛關注，1990年《聯合國氣候變化框架公約》標志著氣候變化國際合作的開始，之后《京都議定書》和《巴黎協定》的通過和簽訂，大大推進并落實了這一進程。2020年我國提出將采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。之后，美國、日本、韓國等相繼宣布了碳中和目標[3]。徐州市作為蘇北最大城市，是江蘇省重點規劃建設的三大都市圈核心城市和四個特大城市之一，也是典型的資源枯竭型城市，隨著近些年的轉型發展，生產總值能耗下降，二氧化碳排放形勢有所好轉。本文通過資料收集，數據分析，計算徐州市近幾年二氧化碳排放量，分析應對“碳中和”的相關措施。

1 二氧化碳排放與氣候變化

過量二氧化碳排放導致地球溫室效應顯著增強，帶來全球變暖、海平面上升、極端天氣等一系列嚴峻挑戰，從而影響著人類社會的可持續發展。聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的評估報告顯示，自19世紀中葉以來，海平面上升的速度一直高于過去兩千年的平均速率[4]，20世紀以來，全球海平面上升速率約1.5±0.4mm/a，2006年以來，全球海平面上升明顯加速，上升速率達3.6mm/a[5]。近100a以來，中國年平均地表溫度增幅約0.5～0.8℃，高于全球平均[6]。全球氣候持續變暖已是不爭的事實。全球氣候變化影響著我國中國主要糧食作物種植區農業氣候資源，農業氣象災害發生的可能性增加，進一步導致糧食安全生產風險增加[7]。同時，部分流域極端氣候、水文事件頻率和強度可能增加，影響水資源循環[8]。地質歷史時期，氣候的急劇變化往往是導致物種大滅絕的罪魁禍首。對于海洋生物而言，受到海水變暖、酸化、含氧量下降影響，海洋環境惡化，部分物種如珊瑚等面臨滅絕的威脅，處于同一生物鏈上的海洋生物也將受到嚴重影響[9]。對于陸地生物而言，土壤動物群落結構[10]、森林生態系統[11]、鳥類遷徙等都受到不同程度的影響，植物全球變暖將造成生物多樣性斷崖式下降。

2 工業能源碳排放情況

國際能源署（International Energy Agency）統計資料[12]顯示，2018年中國二氧化碳排放總量位居世界第一，為98.10億噸，同比2017年增長5.64億噸，增長率達6.1%，高于世界平均。從能源消費來源角度，二氧化碳排放主要由煤、石油和天然氣燃燒或者利用產生，天然氣雖然燃燒產生二氧化碳較少，但也是碳排放重要的組成部分。煤炭占我國能源消費的主體，也是二氧化碳排放的主要來源，但是隨著經濟結構和能源結構的逐漸轉型，二氧化碳排放強度（每單位GDP二氧化碳排放量）呈持續下降趨勢。《2019年江蘇省低碳發展報告》顯示，2019年全省碳排放強度比2018年下降6.0%，全省單位地區生產總值能耗下降3.2%，超額完成降低3%的約束性目標。

碳排放通常可以系統分為工業能源碳排放、交通碳排放、建筑碳排放、農林類碳排放、居民生活消費碳排放五大行業[13-14]。工業能源消費碳排放量占總排放量的絕大部分，根據徐州市統計年鑒（2016-2019）[15-18]顯示，2016年徐州原煤消費量4034萬噸，2019年原煤消費3047萬噸，同比下降24.47%，而天然氣消費量則增長明顯，從8695萬立方米上升到43505立方米，增長十分顯著，反映能源供給消費結構的逐漸調整（圖1a）。根據各能源碳排放參考系數[19]結合規模以上工業企業能源消費量可以計算其二氧化碳排放量，值得注意的是碳排放系數和二氧化碳排放系數并不相同，兩者存在12：44的比例關系。選取徐州地區主要消耗的原煤、洗精煤、其他洗煤、焦炭、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油氣、液化天然氣、天然氣這11類能源計算二氧化碳排放量。工業能源消費碳排放量從2016年3846.52萬噸碳（14116.7萬噸二氧化碳）減少至2019年的2894.32萬噸碳（10622.2萬噸二氧化碳），碳排放量下降顯著，降幅達24.75%（圖1b）。

進一步探討徐州市工業行業內部碳排放情況，碳排放量最大的是電力、熱力生產和供應業，這與徐州市以火力發電為主的電力結構及冬季供暖特征吻合，其次為黑色金屬冶煉和壓延加工業，即鋼鐵冶煉及加工產生的二氧化碳量也較大;從三大產業生產總值來看，第二產業占比41.63%，總體上資源依賴程度較高，形成了對低碳經濟發展的制約。整體來看，徐州市二氧化碳排放量較高，低碳城市建設面臨不小的挑戰。從能源供給與消費結構來看，煤炭在現在及未來較長時間里面，仍然是主體能源，所帶來的碳排放不容小覷;其次，工業能源利用率處于較差水平，第二產業與第三產業產值相差不大，低碳經濟發展水平較低，產業調整、轉型仍然需加快腳步。

4 “碳中和”對策

森林是全球陸地生態系統中最大的碳庫和碳匯，森林的固碳作用被認為是實現碳中和的重要手段[20]，中國森林在最近20年里發揮著顯著的碳匯作用。森林植物可以通過光合作用將大氣中的二氧化碳固定在植被或者土壤中，從而減緩了溫室效應。前人研究發現，喬木林面積和單位面積蓄積是區域森林碳儲量大小的決定因素，喬木林面積較大的區域碳儲量也較大，并且中齡林 > 成熟林 > 近熟林 > 過熟林 > 幼齡林[21]。周偉等[22]對徐州市森林植被碳儲量研究表明，2009年徐州市森林植被碳儲量6.45 Tg，喬木林是植被碳儲量的最主要貢獻者，約為同年的碳排放量的1%，森林蓄積量與與固碳量成正相關關系。根據徐州市統計年鑒資料，2006年-2013年，徐州市森林蓄積量增加顯著，但2013年-2019年，森林蓄積量雖然有所上升，但增長幅度有限（圖2）。2019年底徐州市林地面積2724.96百公頃，國家特別規定灌木林地面積456.07百公頃，四旁樹折算面積225.55百公頃，森林覆蓋面積3406.58百公頃，森林覆蓋率28.26%，林木覆蓋率30.51%;2020年，徐州森林覆蓋面積3419.26百公頃，森林覆蓋率達27.15%;整體上來看，徐州市森林覆蓋率高于全省25%的平均水平，主體在27%～30%之間波動，反映增綠逐漸變緩。雖然近些年在森林樹種上有所調整，并且隨著能源結構和產業調整，二氧化碳排放量下降明顯，但受限于徐州地區地理、氣候情況，與我國南方地區森林固碳量還有存在不小的差距。因此僅僅通過森林生態系統的固碳作用來實現“碳中和”的目標，為時尚早，很難實現。

中國的高碳經濟特征十分明顯，大力發展低碳經濟是我國未來經濟發展戰略選擇[23-25]。改善能源生產和消費結構，增大天然氣等清潔能源占比，完善風能資源利用體系，推進煤炭清潔化利用。同時，完善中國碳交易市場建設，加快納入碳排放重點行業、企業，鼓勵低碳經濟發展。大規模的植物造林活動，提高森林覆蓋率，通過森林經營、控制毀林等工作，將大量減少碳排放，是實現“碳中和”目標的重要手段。

此外，面對不斷惡化的溫室效應帶來的危機，二氧化碳儲集與利用成為解決碳排放量過高的重要途徑，目前主要包含為三個方面：二氧化碳收集與儲存技術（CCS）、二氧化碳循環利用技術和二氧化碳化學轉化技術[26-30]。CCS技術是一個集二氧化碳捕獲、運輸和封存為一體的系統技術工程，地質封存是目前可以大量封存二氧化碳的技術，是通過二氧化碳注入地下適當地質構造并使其永久封存。目前，適于注入二氧化碳的地質構造包括深部咸水層構造、枯竭油氣田、玄武巖含水層。其封存機理具體包括物理隔離作用、水力學機理、化學捕獲機制等三個方面[27-28]。二氧化碳地質封存的經濟性、有效性、安全性是目前面臨的重要問題，其技術體系的發展與成熟尚需一定時間。對徐州市而言，因煤炭去產能政策、經濟效益等原因存在較多廢棄/關閉煤礦，廢棄煤礦采空區、殘留煤層、煤柱等也可以作為二氧化碳地質儲存目的層。此外，徐州市廣泛分布震旦系與寒武系的灰巖層，將二氧化碳注入深部含水灰巖層也是未來可行方案之一。

5 結論

徐州市工業能源消費仍然以煤炭為主，工業能源消費二氧化碳排放量從2016年14116.7萬噸二氧化碳減少至2019年的10622.2萬噸二氧化碳，排放量下降顯著，降幅達24.75%。低碳經濟發展水平較低，產業調整、轉型仍然需加快腳步。徐州市森林覆蓋率高于全省25%的平均水平，主體在27%～30%之間波動，與我國南方地區森林固碳量還有存在不小的差距。因此僅僅通過森林生態系統的固碳作用來實現“碳中和”的目標，為時尚早，很難實現。改善能源生產和消費結構、鼓勵低碳經濟發展、大規模的植物造林、發展二氧化碳收集與儲存技術等是未來徐州市實現“碳中和”的重要舉措。

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