【摘要】 随着世界工业经济的发展、人口的剧增、人类生产、生活方式的不合理,世界气候面临越来越严重的问题,二氧化碳排放量越来越大,地球臭氧层正遭受前所未有的危机,全球灾难性气候变化屡屡出现,已经严重危害到人类的生存环境和健康安全。本文由“低碳”的源起及内涵展开,说明“低碳”对于世界、中国而言的重要意义,主要对造纸行业进行分析,通过指出我国造纸行业能源利用现状及其排放情况,提出以绿色技术创新为主的解决方案和对其发展低碳经济的认识。
【关键词】 低碳经济 造纸 节能减排 中国
依据世界气象组织的科学调查显示,到本世纪末二氧化碳浓度可能超过700ppm,这可能导致全球气温上升1.4℃至5.8℃,从而造成环境灾难。在这样一个高碳的社会里,如何来计算它的低碳机会,实现低碳生活由此显得至关重要。
一、低碳经济的内涵
1、“低碳”的源起
事实上,低碳(low carbon),是指减少或降低以二氧化碳为主的温室气体排放。早在1990年,联合国环境规划署的温室气体咨询小组就指出,全球气候正逐渐变暖,必须将平均气温控制在比工业化前平均气温高2℃的范围内,否则将面临生态系统严重破坏,农作物减产、水资源短缺、海平面上升、物种灭绝等种种恶劣状况。2℃已经成为自然界最后的安全阀,一旦被突破,其所带来的环境灾难难以想象。
造成全球变暖的罪魁祸首就是人类自身,其无节制享受物欲文明的生活和生产方式,造成了在过去的100年当中,排放出大量的温室气体,使大气中二氧化碳浓度上升了三分之一,严重破坏了地球臭氧层,从而导致全球平均气温节节升高。在此背景下,世界各国共同呼吁降低或控制二氧化碳排放,才有了“低碳”一说。1997年12月,149个国家和地区的代表通过了《京都协议书》,这是人类历史上首次以法规的形式限制温室气体排放。中国也于1998年5月签署并于2002年8月核准了该议定书。
2、“低碳经济”的内涵
“低碳经济”,是近年来国际社会应对人类大量消耗化石能源、大量排放二氧化碳引起全球气候灾害性变化而提出的新概念。它的核心是在市场机制基础上,通过制度框架和政策措施的制定及创新,形成明确、稳定和长期的引导和鼓励,推动提高能效技术、节约能源技术、可再生能源技术和温室气体减排技术的开发及运用,并促进整个社会经济朝向高能效、低能耗和低碳排放的模式转变。
二、我国造纸业发展低碳经济的现实意义
1、我国造纸业发展低碳经济的背景
(1)国际背景
早在1896年,瑞典物理化学家阿累利乌斯就已发出“化石燃料燃烧将会增加大气中二氧化碳的浓度,从而导致全球变暖”的警告。传统的造纸工业在生产过程中排出的废气和粉尘大大增加了二氧化碳的浓度,从而也为地表温度的升高增加了可能性。全球地表温度数据表明,20世纪地球升温约0.5℃。大部分高温年份都出现在近些年,从20世纪50年代后期开始,科学界才开始注意和研究全球气候变化与温室气体的关系,到1990年代初,各国政府、科学界和工业界不得不痛苦地承认:人类向大气中排放温室气体是全球温暖化的主要原因。2007年5月,IPCC第四次评估报告提供的证据显示,由人类活动引起的全球气候变暖已是一个不争的事实。近百年(1906—2005年)来,全球平均地面温度上升了0.74℃,预计到本世纪末,全球平均地面温度(与1980—1990年相比)可能会升高1.1℃—6.4℃。全球气候变化影响人类生存和发展,对经济社会可持续发展带来严重的挑战,深度触及农业和粮食安全、能源安全、生态安全、水资源安全和公共卫生安全。
全球气候变暖的危害极其严重。据IPCC的合理估计,从1990年到2100年,全球海平面将上升49厘米左右。同时,诸多研究也表明全球变暖可能使地球上有些自然干旱地区的耕地逐渐变成荒漠,从而粮食生产能力下降。《自然》杂志文章宣称,全球气候变暖将导致世界上四分之一即一百多万物种在未来50年内灭绝。
(2)国内背景
目前,中国是世界第二大能源生产国和消费国,又是世界第二大二氧化碳排放国。中国过多地依赖单一能源,其中煤炭高达70%,这一事实已使经济发展和环境保护亮起红灯。尤其是当前中国正处在工业化中期阶段,重化工业特征非常明显。这一特征意味着中国在较长时间内不可避免地要大量消耗资源和能源。根据国际能源机构发布的报告,预计到2010年,中国将可能超过美国,成为全球最大的温室气体排放国。
据近五年工业统计资料介绍,全国制浆造纸工业污水排放量约占全国污水排放总量的10%—12%,居第三位;排放污水中化学耗氧量(CODcr)约占全国排放总量的40%—45%,居第一位;同时,生产排放的二氧化碳也位居前列。造纸工业是中国污染环境的主要行业之一。
多年来,我国气候发生了显著变化。从1986年到2008年的23年全部出现了全国性暖冬,极端天气、气候事件与灾害的频率与强度明显增大。另据2006年年底发布的《气候变化国家评估报告》预测,未来我国气候变化的速度将进一步加快,很可能在未来50年至80年全国平均温度升高2℃—3℃。气候变暖将造成严重的损失。据预测,到2030年,我国沿岸海平面可能的上升幅度为l0cm—16cm,导致海岸区洪水泛滥的机会增大;而且气候变化将使农业生产的不稳定性增加,如果不采取任何措施,到2l世纪后半期,我国主要农作物,如小麦、水稻和玉米的产量最多可下降37%,农业生产也将受到气候变化的严重冲击。
从相关统计数据可以看出1990—2003年,中国的GDP增长大约占全世界的10%,而同期能源消费增长却占世界的27%,温室气体排放量增长占世界的34%。中国能源消费和温室气体排放的净增长趋势显示,中国有必要减少温室气体排放。能源供给和能源安全已经成为限制中国工业化的主要制约因素。减少温室气体排放在一定程度上,也有助于发展目标的实现。因此,中国需要在未来20—50年间,在工业化发展和温室气体减排之间进行平衡。中国的选择只能是继续化压力为动力,寻求低碳经济发展道路。
2、我国造纸业发展过程中能源利用及其排放现状
(1)纸浆等原料结构的不合理
以安徽省濉溪县为例,这个地区的造纸厂,全部采用草浆造纸工艺。由于长期的无序生产,污水使庄稼根部腐烂,河里的鱼虾死光,井水要过滤5次才能饮用。这样的生产、生活环境,给当地居民带来了诸多不变甚至制约了当地经济的可持续发展。
我国传统造纸业以草浆为主,其比例高达80%以上。而世界造纸业发达国家木浆比例高达90%。这种不合理的原料结构造成的严重污染,主要来自麦草化学制浆的排污。目前,草类制浆二氧化碳排放量占整个造纸工业排放量的60%以上,仍然是主要的污染源。只有增加优质长纤维的供给,提高木浆比重,淘汰落后草浆生产线,优化我国造纸原料结构,才能解决我国造纸带来的环境污染问题。
(2)造纸过程中高居不下的耗水量
传统造纸工业是污染排放的重点行业,也是能耗大户,因此节能减排成为低碳经济下造纸行业发展的新趋势。目前,造纸业居我国5大高耗水行业之首,其国内纸厂吨纸水耗高达100立方米以上,是世界平均水平的10倍。随着工业用水价格的不断提高,节省这方面的开支对于企业的长远发展来说大有可为。国内大型造纸企业近年来纷纷投入巨资,用于节水技术和设备的研发及改造,深入挖掘节水潜力,提高水的重复利用率,均达到了国际先进水平。但大批的小型造纸企业的耗水量仍然高居不下。
(3)污染物的产生和排放的处理能力有待进一步提高
在节水的同时,如何解决污染物排放对环境的不利影响是个不容回避的问题。造纸行业是我国进行污染排放控制的重点行业。造纸工业是山东省重要的传统优势产业之一,产量和主要经济指标连续14年居全国首位。新出台的《指导意见》确定,到2011年,自制纸浆产能、机制纸及纸板产能分别控制在700万吨和1800万吨以内;逐步增加商品木浆和废纸浆比重,非木浆、木浆、废纸浆三者比重调整到15∶35∶50;逐步淘汰落后产能100万吨—150万吨,全省造纸企业平均规模达8万吨/年以上。《指导意见》规定,到2011年,山东省造纸产品综合能耗将在2008年的基础上降低5%—10%,自制草浆平均综合水耗达到50-60立方米/吨,化学机械木浆平均综合水耗达到20—25立方米/吨。
山东省要求,沿海地区要充分利用港口优势,重点发展木浆和废纸造纸,鼓励企业加快行业兼并、联合和重组,提高产业集中度;鼓励利用木材采伐剩余物、木材加工剩余物等生产木浆,充分利用废纸资源,使全省废纸回收率由目前的35%提高至40%以上,利用率由45%提高至50%以上;鼓励采用封闭循环用水、中段废水处理及回用技术;采用废渣燃料化处理、固体废物回收处理、沼气发电等环境保护技术和手段。
三、对我国造纸业发展低碳经济的建议
1、发展低碳经济的必然选择:绿色技术创新
(1)选择低碳环保型原材料
其一,选择可再生木材原料。第一,可再生木材资源是今后人类应该充分依赖的资源,木材和纸产品是可再生和可循环使用的产品,林产工业可以扩大生物质能源的使用,减少对化石燃料的依赖,减少二氧化碳的排放。第二,木材和纸制品在碳循环过程中是储碳的载体,有“碳储存效果”。其碳储存作用可以净减少排放的二氧化碳。藉由植物本身的生理特性进行光合作用吸收大气中二氧化碳,将二氧化碳转化有机碳成为生物量储存于植物体中,所表现于外的形式则为植物的总蓄积,对木材资源的再利用,对减少大气中二氧化碳浓度有所贡献。
其二,选择可循环生物质燃料。第一,木材利用和林产工业具有“替代化石燃料的效果”。在木材的生命周期内,林地剩余材、加工剩余材、产品废材及循环利用材等林产品,以及制浆造纸业等林产工业所产生的废弃物,如黑液、边皮木屑等几乎都可有效利用为生物质能源,替代化石燃料,从而减少造纸过程中对大气的污染。第二,可循环燃料的选用一般认为由生物质(燃料)产生的二氧化碳是自然界可循环的,而由化石燃料产生的二氧化碳才是大气温室气体的增加量。从这个角度看,现代造纸工业在由生物质能燃烧生产的选择上在低碳经济中更具有优势和竞争力。
(2)开发与应用节能的工艺与技术装备
第一,在造纸流程中使用蒸汽动力系统能量梯级(多级)利用与集成技术;能量转换环节与利用环节各级能流的耦合与最优匹配技术;全厂热、电、冷三联供优化耦合技术,生物质能源转化技术。这些技术的开发与利用能大大减少造纸工业生产过程中的污染气体及粉尘的排放量,提高空气质量。第二,使用低位能能量的利用技术,低能耗打浆技术、耗原材料替代技术、强机械脱水节能集成技术、高效干燥技术、软测量与优化控制技术、变频驱动技术的应用能为现代造纸工业的节能减排实现质的突破,减少碳排放量、改善水污染状况。第三,开发与应用过程余热回收集成技术,这样能够降低温室气体的排放,降低大气中的二氧化碳浓度。最后,为了减少制浆方面的污染,扩大造纸原料资源,提高废纸再利用率也是有效的方法之一。其中,以废纸制浆技术为主。废纸制浆主要难题在脱墨技术,即利用脱墨剂(NaOH、Na2CO3、H2O2等)和分散剂(Na2SiO3等)破坏碳墨及颜料粒子在纤维上的粘附力。国际上造纸的废纸用量日益增加,如美国的废纸回收率在30%以上,日本的废纸回收率达43%,英国的废纸回收率达45%。美国明文规定,造纸厂原料投放量必须含25%以上的废纸。近几年,我国废纸利用率也越来越高,广东省的废纸回收率目前已达30%以上。
(3)造纸厂管理机制革新及争取政府扶持
造纸工业应有统一的管理机构和管理体制,严格控制新建厂和扩建厂。目前轻工总会、林业部、农业部均管制浆造纸厂,应相互配合,制定统一的法规。对于日产化学浆50吨以上的制浆造纸厂,产品及经济效益较好的,政府应予扶持,建立碱回收和无污染漂白系统及“三废”处理系统,做到达标排放,文明生产。
2、绿色技术创新下环境容量资源竞争
(1)绿色技术创新与环境容量资源竞争的三种结果(见图1、图2、图3)
图中,横轴代表碳排放量(W),纵轴代表成本和价格(C+P),S与D线分别代表排放量的供给与需求曲线;MAC线(即D线)与MEC线分别代表边际治理成本和边际外部成本线。
从图中可以看出排放权供给曲线和需求曲线的特点:由于政府发放排放许可证的目的是保护环境而不是赢利,因而排放权的总供给曲线S垂直于横轴,表示排放许可证的发放数量不会随价格的变化而变化,但因公众意愿逐步减少。由于排放者对排放权的需求取决于其边际治理成本,所以可以将图中的边际治理成本曲线MAC看成是总需求曲线D,它移动的幅度取决于绿色技术创新的速度和水平。
(2)正确处理环境容量资源竞争与排污权的关系
要正确处理环境容量资源竞争与排污权的关系,首先要改变外延式的增长方式。对于我国这样一个发展中大国来说,经济发展仍然是其首要目标,外延式的增长方式尚未得到根本改变,生态环境恶化仍未得到有效控制。其次要正确处理公众愿望与企业发展的关系。社会公众对环境的要求越来越高,对美好环境的需求越来越强,所能容忍的碳排放量越来越少。第三要适度控制排放权证的发放,对于已经使用的排放权要直接减少排放权总量。以上三点导致政府所能供给的碳排放许可证数量减少,从而排污量越来越少。
3、对造纸工业发展低碳经济的认识
(1)从低碳视角看待造纸工业的发展模式
随着低碳经济的推动和发展以及我国“碳交易”模式的建立和完善,具有低碳运行特色的造纸产业的优势将会越来越受到重视。我们应该用低碳经济的理念、站在低碳经济的高度去审视我国造纸产业,赋予新的概念和认识,构建低碳造纸产业发展模式,推动制定有利发展低碳造纸产业的“碳交易”政策法规,研究造纸产业的低碳技术。
(2)发展低碳造纸工业的关键是节能减排
节能减排是当前发展低碳经济的重要着手点。节能减排关键技术和共性技术的突破,将推动全行业的发展,受益面广,还将带动一批新的产业发展。因此,要加大对研发节能减排共性和关键技术的支持力度,加强产学研结合,提高我国造纸工业节能减排技术水平,使我国造纸行业真正成为低碳行业,为发展低碳经济作出贡献。
(3)加强国际合作,实行科研国际化战略
加强国际合作并实行科研国际化战略目的在于加强与国际领先者的合作,更多地利用国际科技力量。首先,要重视与发达国家合作,发达国家特别是德国和美国,在新能源研发和应用领域已经走过了十多个年头,它们有发展新能源的动力和需求,同时也掌握着世界上最为先进的新能源技术。其次,从长远来讲,也要密切与发展中国家在研究、教育和创新方面的合作。利用中国的研究与创新力量,加强国际交流与合作,为解决气候、资源、健康、安全等全球性问题而努力。科研国际化战略将为中国搭建一个未来对外科技合作的平台,为我们的科研和创新在国际环境中加强协调和信息交流发挥作用。
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