碳達(dá)峰碳中和理論研究新進(jìn)展與推進(jìn)路徑探索

張 鵬

（北京天德泰科技股份有限公司，北京 101318）

1 碳達(dá)峰、碳中和理論溯源與動態(tài)演進(jìn)

1.1 碳鎖定理論

碳達(dá)峰碳酸鹽系統(tǒng)是一個復(fù)雜的、動態(tài)變化的過程，其主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，由于在整個生命周期內(nèi)所產(chǎn)生的二氧化碳濃度和排放量都會隨著時間而不斷降低；第二，就是當(dāng)CO2氣體進(jìn)入到生態(tài)系統(tǒng)后又會重新回到平衡狀態(tài)；第三，則是非法化學(xué)途徑對環(huán)境造成了影響，使得人們生活受到干擾。同時，它會使人類賴以生存發(fā)展、生態(tài)遭到破壞等現(xiàn)象發(fā)生得更加嚴(yán)重，最終導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)失衡［1］。

碳達(dá)峰理論的研究，是在傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)下，對經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境資源協(xié)調(diào)關(guān)系進(jìn)行分析并隨著時代進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)飛速地向前推進(jìn)著。人類對化石燃料產(chǎn)生了更多的需求。由于燃燒煤層中含有豐富的可利用石油、天然氣，影響了以煤炭為原料加工生產(chǎn)沼氣等一系列工業(yè)過程，甚至危害到大氣污染環(huán)境等問題。因此，碳達(dá)峰理論須在實(shí)際應(yīng)用上不斷發(fā)展和創(chuàng)新，并取得相應(yīng)的成果。

1.2 碳排放脫鉤理論

碳排放脫鉤理論是指對在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳、固體廢物和其他有害物質(zhì)進(jìn)行處理后，將其轉(zhuǎn)化為可再生資源，以達(dá)到減少能源消耗，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度上講，是通過降低單位產(chǎn)品所耗用的化石燃料成本來實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化；從生態(tài)學(xué)方面上來分析，是從減少溫室氣體排放著手出發(fā)建立起一個完整、系統(tǒng)、科學(xué)合理、能夠有效地解決碳減排問題的理論體系［2］。

1.3 碳減排影響因素的實(shí)證研究

影響碳排放的因素有很多，其中包括工業(yè)生產(chǎn)方式、能源結(jié)構(gòu)和氣候條件等。

不同種類的工廠會根據(jù)自身特點(diǎn)進(jìn)行不同類型和規(guī)模化的發(fā)展與擴(kuò)張，同時也要考慮到各種能耗對環(huán)境造成污染問題，在這些方面，需要做出相應(yīng)措施來減少二氧化碳所帶來的損失以及降低溫室效應(yīng)給生態(tài)環(huán)境帶來破壞等一系列代價，因此碳排放量是影響居民消費(fèi)水平、能源結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)增長速度最重要因素之一［3］。

1.4 碳達(dá)峰、碳中和情景預(yù)測與經(jīng)濟(jì)社會影響理論

碳排放量、碳中和率和經(jīng)濟(jì)社會的關(guān)系是一個復(fù)雜而又繁瑣的問題，所以，必須用科學(xué)合理的方法來進(jìn)行計(jì)算。在這個過程中，就需要運(yùn)用數(shù)學(xué)理論。

線性規(guī)劃模型：線性規(guī)劃就是通過對非線性系統(tǒng)做出適當(dāng)處理，使其成為一個完整連續(xù)變化規(guī)律；同時，一系列不確定性因素產(chǎn)生影響并造成一定損失和浪費(fèi)等現(xiàn)象出現(xiàn)時，可以采用線性的辦法解決這些問題，即我們要盡量減少碳排放量、降低成本。

碳中和理論是碳排放和經(jīng)濟(jì)社會的理論基礎(chǔ)，也是人們進(jìn)行節(jié)能減排與環(huán)境保護(hù)行動中所必須具備的基本條件。

1.5 碳源、碳匯與碳中和理論

碳源是指所有溫室氣體排放的總量，主要包括大氣中各種元素，如二氧化硫、氮氧化物和粉煤灰。礦區(qū)碳源/匯交換過程如圖1 所示。目前國內(nèi)外對二氧化碳等化石燃料進(jìn)行了大量勘探和使用；隨著經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展以及能源需求量增加而導(dǎo)致化石原料日益枯竭且不穩(wěn)定；同時也造成了環(huán)境污染問題的加劇，使得人們不得不尋找新方法來減少溫室氣體排放，從而達(dá)到減排目標(biāo)和綠色生產(chǎn)。

圖1 礦區(qū)碳源/匯交換過程

圖2 礦區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)碳固存演變

2 碳達(dá)峰、碳中和的理論研究與推進(jìn)路徑

2.1 碳達(dá)峰、碳中和及碳循環(huán)的基本原理

碳中和反應(yīng)是碳水化合物和有機(jī)污染物在一定條件下發(fā)生的一種化學(xué)反應(yīng)，它具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無污染及清潔能源等優(yōu)點(diǎn)。由于其復(fù)雜的物理過程（如氣化）和強(qiáng)烈的腐蝕作用，可能導(dǎo)致碳酸鹽在化學(xué)計(jì)量時產(chǎn)生偏差，從而使實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。

碳中和理論是在低能耗的基礎(chǔ)上，利用化學(xué)方法對物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，使之成為一個新原子、離子或分子。而碳中和是指將原子通常稱為“C”與元素（一般稱作為電子和空穴）之間所產(chǎn)生的一種化學(xué)反應(yīng)過程。

由于原子間有關(guān)鍵作用、絡(luò)合力強(qiáng)等性質(zhì)，使得它們相互吸引形成了一個復(fù)合型結(jié)構(gòu)。在這個復(fù)合結(jié)構(gòu)中含有兩個電子，一是金屬離子；二是氫氧根離子以及其他分子。

2.2 碳達(dá)峰、碳中和途徑

碳中和途徑是指在生產(chǎn)、消費(fèi)和分配過程中，通過各種工藝方法使能源消耗量降低，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的一種方式。

從理論上來講，須明確碳源、能源與經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)系。然而，目前研究中存在著一些問題：一是從概念角度進(jìn)行分析；二是對技術(shù)指標(biāo)缺乏科學(xué)的評價體系；三是對經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)不重視，導(dǎo)致了許多浪費(fèi)資源等現(xiàn)象。在實(shí)踐中會發(fā)現(xiàn)這些矛盾和問題需要進(jìn)一步解決并提出相應(yīng)對策來完善其過程，以提高生產(chǎn)效率、降低成本。

目前我國主要以煤炭為主要原料來進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。而煤作為一次性能源，在能源利用率方面有很大程度上降低了對環(huán)境造成的污染問題；同時由于煤炭資源豐富且價格低廉等特點(diǎn)，使得其燃燒時產(chǎn)生大量二氧化碳排放到大氣當(dāng)中去是一個必然趨勢，因此碳中和途徑也應(yīng)該被納入低能耗和綠色環(huán)保的領(lǐng)域中來。

2.3 碳達(dá)峰、碳中和方案

碳中和方案是指在生產(chǎn)過程中，通過加熱爐、燃燒爐等工藝手段，將煤灰的熱量轉(zhuǎn)化為熱能。該加熱技術(shù)具有高效率和節(jié)能降耗等優(yōu)點(diǎn)。

降低CO2排放，碳酸鹽原料中含有大量可溶性有機(jī)物質(zhì)或含Cd 等雜質(zhì)化合物，這些物質(zhì)對人體有一定程度的影響。而目前的方法大多是以廢水處理法來實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)，但該工藝在生產(chǎn)過程中仍會產(chǎn)生大量廢液及廢氣污染環(huán)境。因此，需要采用低能耗、少NOx和二氧化碳減量技術(shù)進(jìn)行綠色改造。

首先，從能量轉(zhuǎn)換方向考慮：采用直接蒸發(fā)法或間接蒸汽蒸餾方法進(jìn)行熱交換；其次，根據(jù)不同地區(qū)對煤炭消耗量來確定鍋爐的負(fù)荷率及參數(shù)指標(biāo)值；最后，再結(jié)合碳中和方案進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)后鍋爐燃用系數(shù)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及排放控制，從而實(shí)現(xiàn)低能高效利用能源，降低溫室氣體的生成和排放。

3 能源轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的關(guān)鍵

3.1 能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化

目前我國主要是以火力發(fā)電為主。但是隨著人們對環(huán)境問題重視程度越來越高以及國家節(jié)能減排政策力度加大等因素下使得風(fēng)力發(fā)電得到快速發(fā)展。但在風(fēng)電產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程當(dāng)中，由于技術(shù)不夠成熟導(dǎo)致的電價上漲也給了一些企業(yè)利潤空間（如火電廠），因此就需要大力扶持風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

碳達(dá)峰能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心內(nèi)容是低能耗，而在當(dāng)前我國大力推進(jìn)節(jié)能減排和保護(hù)環(huán)境中，最重要的是要提高煤炭、石油等傳統(tǒng)化石燃料資源的利用率。因此，必須把重點(diǎn)放在清潔生產(chǎn)技術(shù)方面來進(jìn)行研究，開發(fā)新工藝、新材料技術(shù)以及新型產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，以達(dá)到節(jié)約型社會目標(biāo)。同時還應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)對低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式和相關(guān)政策措施的完善［4］。

3.2 能源價格改革

在碳中和的作用下，碳排放量、二氧化碳濃度等都會在一定程度上受到影響。所以說要想控制和減少CO2的生成就必須加強(qiáng)企業(yè)內(nèi)部管理。首先是提高能源利用率，通過技術(shù)創(chuàng)新來降低單位能耗可以有效地提升節(jié)能減排效果。其次是完善法律法規(guī)體系，也就是在生產(chǎn)中嚴(yán)格把控碳排放指標(biāo)、建立健全相關(guān)制度等，只有這樣才能保證產(chǎn)品質(zhì)量與環(huán)保要求相一致。

4 對碳達(dá)峰、碳中和進(jìn)程中政府與市場作用的重新認(rèn)識

4.1 政府碳減排規(guī)制約束下的碳達(dá)峰、碳中和

隨著經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，全球范圍內(nèi)碳排放量不斷增加，而我國在這一方面與發(fā)達(dá)國家還存在一定差距。這主要是因?yàn)榘l(fā)達(dá)國家對于能源消耗較少、資源利用率高。因此必須要以市場機(jī)制為基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)控來減少碳達(dá)峰發(fā)展階段對環(huán)境帶來的危害及影響。政府應(yīng)根據(jù)自身情況制定出相應(yīng)措施并采取強(qiáng)制手段保護(hù)生態(tài)環(huán)境不被破壞的行為和經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式方法，使其能夠更好地實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，從而促進(jìn)低碳技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級。

在碳達(dá)峰碳中和理論研究的推進(jìn)中，政府作為政策執(zhí)行者，要充分利用好自身優(yōu)勢，通過對市場進(jìn)行有效調(diào)控來促進(jìn)低排放經(jīng)濟(jì)發(fā)展，發(fā)揮財政補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠等手段調(diào)節(jié)宏觀產(chǎn)業(yè)和能源結(jié)構(gòu)。從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度來看，國家可以采取征收環(huán)境保護(hù)稅或其他間接措施來增加環(huán)保投資、減少污染排放量；從行政管理方面看，需要加大監(jiān)督力度并建立相應(yīng)的獎懲制度以督促企業(yè)積極履行社會責(zé)任［5］。

4.2 市場機(jī)制起決定性作用下的碳達(dá)峰、碳中和

碳達(dá)峰碳中和理論是在政府引導(dǎo)下，通過市場機(jī)制對低排量的進(jìn)行控制，從而達(dá)到減少污染排放和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長的目的。首先是把企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程當(dāng)中產(chǎn)生廢物、廢棄物等一系列活動納入考慮范圍內(nèi)；其次就是要對碳達(dá)峰地區(qū)居民生活垃圾處理情況以及其他相關(guān)設(shè)施建設(shè)進(jìn)行監(jiān)督檢查并提出相應(yīng)建議，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和低碳經(jīng)濟(jì)的雙贏局面。

5 結(jié)論

綜上所述，在碳達(dá)峰地區(qū)，應(yīng)該加強(qiáng)綠色環(huán)保意識的宣傳教育工作。首先要提高人們的環(huán)境保護(hù)思想道德素質(zhì)和法律觀念。其次是建立健全環(huán)境法律法規(guī)體系、完善生態(tài)文明制度建設(shè)；再次就是加快清潔能源產(chǎn)業(yè)化發(fā)展步伐并加大力度推廣節(jié)能減排產(chǎn)品與技術(shù)創(chuàng)新；最后則是積極推進(jìn)低碳生活方式轉(zhuǎn)變和新材料開發(fā)應(yīng)用等方面來達(dá)到緩解全球氣候變暖的目的。