“造紙工業碳中和技術與路徑”?？?/h1>
2025-03-07 00:00:00
中國造紙 2025年2期
造紙行業兼具“原料可匯碳、產品可固碳”綠色屬性與能源密集型特點，既是碳排放的重點領域，也是實現碳中和的重要突破口。以往關于造紙行業碳中和的研究多集中于單一技術或局部環節，缺乏用大系統思維對全產業鏈多尺度優化進行系統性探討。同時，針對不同企業特點的減碳方案及其經濟性、可持續性的評價方法尚未形成統一標準，導致研究成果的普適性和可推廣性受限。此外，在智能化轉型、能源結構優化、生物質資源化利用等前沿領域，仍存在技術瓶頸或理論空白，亟需進一步突破。
基于此，《中國造紙》編輯部特邀華南理工大學滿奕副研究員和復旦大學王玉濤教授擔任客座主編，與編輯部共同組織策劃出版以“造紙工業碳中和技術與路徑”為主題的專刊。該?？劢乖旒埿袠I碳中和的關鍵技術與戰略路徑兩大核心層面，共有18篇論文，包括了工業AI與智能化技術、政策與宏觀戰略分析、碳排放預測與核算技術、行業與產品低碳轉型策略、制漿造紙低碳工藝技術等五個方面的研究成果。本期客座主編根據上述相關研究成果，對造紙行業中的碳中和技術與路徑進行了總結。
工業AI與智能化技術正重塑造紙行業的減碳范式。劉煥彬和李繼庚基于大系統思維與“數實融合閉環系統”理念，研發出造紙工業互聯網平臺、工藝AI和造紙工藝大模型，在企業推廣應用后證實，工業AI技術在提高生產效率的同時，能源效率可提高15%～20%。李康昊等開發的TikTak多起點優化算法，破解了造紙生產模型非線性多維生產系統的全局優化難題。湯偉等研發的雙網絡堿回收智能控制系統，使黑液處理能耗降低8.2%。梁文溢等通過多目標粒子群算法優化物流系統，實現貨車碳排放量降低11.1%。這些跨界技術創新正在構建覆蓋生產全流程的智能減碳網絡。
減碳戰略路徑的探索主要集中在對相關政策分析與宏觀戰略研究上。杜昭川等綜合運用文獻計量法和內容分析法，量化分析了1990—2023年間中國政府頒布的造紙行業環境政策的變化，展現了造紙行業從單一污染治理到全面可持續發展的演進路徑。劉沙沙等采用包含非期望產出的超效率模型測算了造紙行業的生態效率，選用Malmquist-Luenberger 指數模型探索其時間變化特征，展示了我國造紙行業生態效率呈現逐年遞增的變化態勢。張婷婷等在行星邊界理論基礎上，將包裝紙行業的碳排放評估框架拓展到環境系統，構建了多尺度碳排放核算模型，為行業減排策略和政策制定提供了新思路。許誠等通過生命周期評價軟件對造紙法煙草薄片產品進行碳足跡評價，提出提高綠色電力的使用比例，是降低產品碳足跡的重要路徑。
精準的碳排放預測與核算是減碳決策的基礎。胡雨沙和周建釗開發的VMD-BO-LSSVM-QR造紙過程二氧化碳區間預測組合模型，能夠捕捉制漿造紙過程中的非線性特征，可準確預測生產過程中的二氧化碳排放量，預測精度（R2） 達0.99。胡松等構建了一種融合衛星圖像和機器學習方法的溫室氣體排放核算模型，為廠區尺度的碳排放核算提供了一種新思路。梁湘瑤和何正磊通過構建碳排放投入產出模型與LMDI分解模型，對造紙工業隱含碳排放核算和主要影響因素貢獻進行了探究，為全面制定綠色轉型策略提供依據?？琢畈ê完惲敛捎肨apio模型分析了造紙行業碳排放與產量之間的解耦狀態，提出降低造紙行業碳排放量，除降低電力排放因子和提高廢紙回收率外，還應綜合采用改善能源效率及加快能源轉型等多種減碳手段。敖昊林等在CHARM模型的基礎上結合產品生產消費特性，證實了采伐行為造成的碳損失，為完善造紙產品碳足跡核算方法提供了參考。
通過工藝革新提高能效和資源利用率是造紙工業減少碳排放的重點方向。覃世佳等對采用A-DE-RC法制漿聯合生物質熱電聯產與常規堿法制漿聯合燃煤熱電聯產的能耗及碳排放進行了分析，結果顯示，前者總碳排放下降了31.6%。史君齊等構建了“廢氣資源化-熱能梯級利用-產品自循環”體系，工程實踐結果年固碳量可達5.4萬t。尹勇軍等以紙機干燥系統優化為焦點，應用CFD仿真技術，完善通風與蒸汽冷凝水系統二者協同作用機理，可使干燥能耗降低18%。楊雅斐等綜述了干燥部設備與技術更新、干燥部系統優化、能耗預測及優化模型3方面的研究進展與展望，強調設備更新與系統協同的重要性。從這些研究中看出，造紙工業的節能減碳正轉向全過程優化控制。
本期?？撐膬热莺妥髡呔哂小翱缃纭碧攸c，較系統地呈現了造紙行業減碳的技術圖譜與轉型路徑，既包含前沿理論探索和技術研發，又涵蓋典型工程案例，為造紙行業實現碳中和目標技術與路徑提供了新思路、新方法和新技術生態。期待本期專刊的出版和上述研究成果能激發讀者更多創新思維，今后在造紙生產過程數字孿生與工業AI技術方面，在工藝技術革新與生物質高值化利用方面，在碳排放預測與核算技術方面，在政策與宏觀戰略分析方面，在形成“原料替代-過程優化-產品固碳”的完整減碳鏈條方面，通過技術創新、制度創新與模式創新的協同推進，為造紙行業的綠色低碳高質量發展注入新的動力，助力碳中和目標的實現。
華南理工大學造紙與污染控制國家工程研究中心 劉煥彬
華南理工大學先進造紙與紙基材料全國重點實驗室 滿 奕
復旦大學環境科學與工程系 王玉濤
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基于此，《中國造紙》編輯部特邀華南理工大學滿奕副研究員和復旦大學王玉濤教授擔任客座主編，與編輯部共同組織策劃出版以“造紙工業碳中和技術與路徑”為主題的專刊。該?？劢乖旒埿袠I碳中和的關鍵技術與戰略路徑兩大核心層面，共有18篇論文，包括了工業AI與智能化技術、政策與宏觀戰略分析、碳排放預測與核算技術、行業與產品低碳轉型策略、制漿造紙低碳工藝技術等五個方面的研究成果。本期客座主編根據上述相關研究成果，對造紙行業中的碳中和技術與路徑進行了總結。
工業AI與智能化技術正重塑造紙行業的減碳范式。劉煥彬和李繼庚基于大系統思維與“數實融合閉環系統”理念，研發出造紙工業互聯網平臺、工藝AI和造紙工藝大模型，在企業推廣應用后證實，工業AI技術在提高生產效率的同時，能源效率可提高15%～20%。李康昊等開發的TikTak多起點優化算法，破解了造紙生產模型非線性多維生產系統的全局優化難題。湯偉等研發的雙網絡堿回收智能控制系統，使黑液處理能耗降低8.2%。梁文溢等通過多目標粒子群算法優化物流系統，實現貨車碳排放量降低11.1%。這些跨界技術創新正在構建覆蓋生產全流程的智能減碳網絡。
減碳戰略路徑的探索主要集中在對相關政策分析與宏觀戰略研究上。杜昭川等綜合運用文獻計量法和內容分析法，量化分析了1990—2023年間中國政府頒布的造紙行業環境政策的變化，展現了造紙行業從單一污染治理到全面可持續發展的演進路徑。劉沙沙等采用包含非期望產出的超效率模型測算了造紙行業的生態效率，選用Malmquist-Luenberger 指數模型探索其時間變化特征，展示了我國造紙行業生態效率呈現逐年遞增的變化態勢。張婷婷等在行星邊界理論基礎上，將包裝紙行業的碳排放評估框架拓展到環境系統，構建了多尺度碳排放核算模型，為行業減排策略和政策制定提供了新思路。許誠等通過生命周期評價軟件對造紙法煙草薄片產品進行碳足跡評價，提出提高綠色電力的使用比例，是降低產品碳足跡的重要路徑。
精準的碳排放預測與核算是減碳決策的基礎。胡雨沙和周建釗開發的VMD-BO-LSSVM-QR造紙過程二氧化碳區間預測組合模型，能夠捕捉制漿造紙過程中的非線性特征，可準確預測生產過程中的二氧化碳排放量，預測精度（R2） 達0.99。胡松等構建了一種融合衛星圖像和機器學習方法的溫室氣體排放核算模型，為廠區尺度的碳排放核算提供了一種新思路。梁湘瑤和何正磊通過構建碳排放投入產出模型與LMDI分解模型，對造紙工業隱含碳排放核算和主要影響因素貢獻進行了探究，為全面制定綠色轉型策略提供依據?？琢畈ê完惲敛捎肨apio模型分析了造紙行業碳排放與產量之間的解耦狀態，提出降低造紙行業碳排放量，除降低電力排放因子和提高廢紙回收率外，還應綜合采用改善能源效率及加快能源轉型等多種減碳手段。敖昊林等在CHARM模型的基礎上結合產品生產消費特性，證實了采伐行為造成的碳損失，為完善造紙產品碳足跡核算方法提供了參考。
通過工藝革新提高能效和資源利用率是造紙工業減少碳排放的重點方向。覃世佳等對采用A-DE-RC法制漿聯合生物質熱電聯產與常規堿法制漿聯合燃煤熱電聯產的能耗及碳排放進行了分析，結果顯示，前者總碳排放下降了31.6%。史君齊等構建了“廢氣資源化-熱能梯級利用-產品自循環”體系，工程實踐結果年固碳量可達5.4萬t。尹勇軍等以紙機干燥系統優化為焦點，應用CFD仿真技術，完善通風與蒸汽冷凝水系統二者協同作用機理，可使干燥能耗降低18%。楊雅斐等綜述了干燥部設備與技術更新、干燥部系統優化、能耗預測及優化模型3方面的研究進展與展望，強調設備更新與系統協同的重要性。從這些研究中看出，造紙工業的節能減碳正轉向全過程優化控制。
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