碳還是二氧化碳?
在氣候問題成為政治正確的許多歐洲國家,碳幾乎成了一只人人喊打的過街老鼠。在“低碳、減碳、去碳、零碳”的輿論環(huán)境下,不僅是環(huán)保組織強烈反對任何含碳化石能源的生產(chǎn)和消費,一些大型跨國石油公司也在自己的“零碳”戰(zhàn)略中主動減少油氣產(chǎn)量,實現(xiàn)生產(chǎn)過程的零排放,承諾要將銷售給終端客戶產(chǎn)品的
碳足跡也降到零,并將碳捕獲與地質(zhì)封存作為碳中和的主要技術(shù)手段。
挪威與荷蘭,歐洲這兩大天然氣生產(chǎn)大國已在討論禁用天然氣。歐洲投資銀行決定,除了天然氣加CCS(碳捕獲與封存)或生物質(zhì)制氣項目,從今年起不再給天然氣項目貸款。
歐洲許多研究機構(gòu)提出,能源系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型路徑要以零碳電力代替化石能源,一些難以減排的領(lǐng)域(如重卡、船舶、石化、水泥和鋼鐵)則以零碳電力制取的綠氫來代替化石能源。國內(nèi)有些機構(gòu)也沿著這樣的思路在開展國家、企業(yè)和地方的碳中和路徑研究。然而,這些研究沒有正確認(rèn)識碳的重要性,也忽略了能源系統(tǒng)不僅提供能量還提供化工原材料這一事實。
碳是自然界最普遍的元素之一,是地球上能夠形成生命的最核心要素,沒有碳,就沒有生命。碳與我們?nèi)粘I钕⑾⑾嚓P(guān)。鉛筆的筆芯由碳組成,鉆石也是。米飯蔬果都是以碳為基本元素的化合物組成,衣服和日常用品也全是碳化合物產(chǎn)品。在人類的發(fā)展歷史上,碳不僅是食物的來源、能量的來源,更是材料的來源。
原英國石油(BP)公司首席執(zhí)行官約翰.布朗勛爵退休后寫了好多書,其中一本書叫《七個改變了世界的元素》。七個元素分別是鐵、碳、金、銀、鈾、鈦和硅, 碳就是其中之一,位居鐵之后的第二位。在布朗勛爵眼里,碳如鋼鐵,是幫助人類建成了今天現(xiàn)代社會的“七大元帥”之一,功不可沒。
隨著科技的進展,碳材料將扮演越來越重要的角色。由二維碳材料組成的石墨烯(Graphene)是一種革命性的材料,具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性,在包括材料、能源、化工、生物醫(yī)學(xué)、航空航天等多個領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。由碳原子組成的納米碳材料(碳納米管,碳納米纖維,納米碳球)在硬度、光學(xué)特性、耐熱性、耐輻射特性、耐化學(xué)藥品特性、電絕緣性、導(dǎo)電性、表面與界面特性等方面都比其他材料優(yōu)異,對未來科技的發(fā)展將起到重要的支撐作用。
所以,問題不在于碳,而在于CO2。但從嚴(yán)格意義上來說,CO2本身也不是問題。沒有CO2,都零碳了,植物靠什么來進行光合作用呢?問題的核心是自工業(yè)革命以來,化石能源的大量燃燒帶來的CO2 過量排放。隨著大氣中CO2濃度的增加,越來越多地吸收地面反射的紅外線,使得大量進入大氣層的太陽輻射能保留在地面附近的大氣中,從而使地球表面變得更暖,類似于溫室截留太陽輻射,這一過程被稱為溫室效應(yīng)。溫室效應(yīng)導(dǎo)致氣候變化,而氣候變化的后果十分嚴(yán)重,包括極端天氣、干旱、颶風(fēng)、洪澇、森林大火、冰川消融、永久凍土層融化、珊瑚礁死亡、海平面上升、農(nóng)作物歉收、生態(tài)系統(tǒng)改變、致命熱浪、以及更廣泛的健康危害等,威脅人類在地球上的生存和發(fā)展。
因此,需要以控制地表溫度上升為目的,控制溫室氣體在大氣中的濃度,使得全球氣候處于適合人類居住的范圍內(nèi)。
但是,能夠產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氣體除了CO2,還有甲烷(CH?)、氧化亞氮(N2O)、以及氫氟碳化物(HFCs),含氯氟烴HCFCs、六氟化硫(SF6)等人造氣體。據(jù)美國環(huán)境署統(tǒng)計,2015年全球溫室氣體排放由CO2 (76%),CH?(16%),N2O(6%)和其他氣體(2%)構(gòu)成。
由于CO2在所有溫室氣體中占有絕對優(yōu)勢,它就成為了控排和減排的主要對象。“碳中和”就是把某個實體(如一個企業(yè)、一個城市、一個國家等)在某一時期的CO2排放量減到最低限度,實在無法減少的則通過對沖手段來中和,使得人類活動往大氣中排放的CO2總量為零,而“氣候中和”則包括所有的溫室氣體,比“碳中和”更進一步。
能源系統(tǒng)一直有兩個重要的職能:一是為人類活動提供所需要的能源服務(wù),這些服務(wù)包括電力、熱力和交通移動力;二是通過能源化工,提供人類生活與生產(chǎn)活動所必需的原材料,如塑料、化肥和各種化纖材料。國際能源署在2018年發(fā)布的《石化行業(yè)的未來》報告中指出,為人類生活提供各類必需品(塑料、化肥、包裝、衣服、醫(yī)療器具、洗衣粉、汽車輪胎等碳基化合物)的石化行業(yè)已經(jīng)是全球能源行業(yè)的重要組成部分,分別占全球石油消費的14%和天然氣消費的8%。然而,因為它提供的是化工產(chǎn)業(yè)的原材料而不是能源產(chǎn)品,一直被能源界所忽視。同理,在討論能源轉(zhuǎn)型時,人們往往只關(guān)注能源服務(wù)部分,而忽略后者的存在。
在中國,現(xiàn)代煤化工行業(yè)已經(jīng)占到煤炭消費總量的3.9%并還呈增長趨勢。
在未來的人類發(fā)展進程中,我們不僅擺脫不了對碳的依賴,相反,隨著人口的增加和生活水平的提高,人類對碳基材料與產(chǎn)品的需求會與日俱增,即使在未來實現(xiàn)碳中和的年代,人類對碳基材料的需求還會保持在高位。因此,正確處理能源系統(tǒng)的能源服務(wù)和碳基材料兩重性對于能源轉(zhuǎn)型的路徑設(shè)計尤為重要。
碳中和的挑戰(zhàn)正在于,既要滿足人類不斷增長的能量需求、碳素需求和持續(xù)經(jīng)濟增長需求,又要把CO2的排放降到最低,實在無法減排的部分,再通過碳循環(huán)利用和封存來進行對沖。 本`文-內(nèi).容.來.自:中`國^碳`排*放*交^易^網(wǎng) ta np ai fan g.com
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