党的二十大指出,积极稳妥推进碳达峰碳中和,立足我国能源资源禀赋,坚持先立后破,有计划分步骤实施碳达峰行动。刚刚在埃及海滨城市沙姆沙伊赫闭幕的第二十七届联合国气候变化大会再次重申：“实现《巴黎协定》将全球变暖限制在1.5℃的目标。”2020年9月,习近平总书记在第七十五届联合国大会上向世界郑重承诺：中国力争二氧化碳排放于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。2021年,碳达峰碳中和写入《政府工作报告》,中国开启了碳达峰碳中和的全社会和全民行动。
为什么要碳达峰碳中和？如何实现碳达峰碳中和？成为各地区、各部门、各行各业,甚至是每一个人不断深入思考或疑惑的问题。本人近日就几个大家关切的问题简要梳理,不一定答疑释惑,但可供交流、共同探讨,也许带来某些启示：
一问：为什么要碳达峰碳中和
碳达峰碳中和的提出,主要是人们发现近50年左右的时间里,全球冰川融化的速度在加快、北极南极的冰盖在减少、海平面在提升,洪灾、干旱、高温、极寒等极端天气频发,气候变化、全球变暖、生态恶化等日益严重。这都是气温升高惹的祸。气温咋就升高了呢?
一是气温升高与温室气体浓度相关。人们发现现今比近千年甚至推演到一万二千年前的气温升高了2.5℃,二氧化碳百分比浓度升高了160ppm。进一步分析发现,气温的快速升高几乎与工业化同步或趋势一致,工业革命前以农业为主的约千年时间里,大气中二氧化碳的浓度基本恒定,气温变化也是在一定区间内。而工业革命以来化石资源的大量消耗、温室气体排放快速增加,气温升高和气候变化也在加快。在《京都议定书》规定控制的二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟碳化物、六氟化硫6种温室气体中,二氧化碳的占比最高,其温室效应约占一半。
随着研究和分析的深入,人们发现工业革命以前二氧化碳的质量分数为275x10??,而1860年以来由于化石燃料的消耗,二氧化碳的排放量年均增长4.22%。照此下去,若不加控制,到21世纪30年代,二氧化碳等温室气体增加的总效应将相当于工业化前二氧化碳浓度加倍的水平。
据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)预测,到2100年,全球平均气温将比工业革命前升高1.5℃~4.8℃,将造成海平面升高20~140厘米,对很多海岸城市将造成直接影响或严重影响。在刚刚闭幕的第二十七届联合国气候变化大会上,联合国环境规划署执行主任安诺生(Inger Andersen)表示：“目前全球的平均气温比工业化前高出1.1℃,人们目睹了日益频繁的暴风雨、干旱、洪水等自然灾害以及作物歉收。”
二是温室气体减排上世纪后期已开始受到关注。基于温室气体对气候变化影响研究的深化,碳达峰碳中和的概念呼之欲出,早在1992年就已提出全面控制温室气体排放,达成了《联合国气候变化框架公约》,并于1994年3月21日生效。随着政府间合作以及共识的深化,1997年再次达成以国际法规的形式限制温室气体排放的全球性公约《京都议定书》。这次对一些国家6种温室气体的减排目标作出了具体规定,2008~2012年间年均温室气体排放总量比1990年减少5%,其中,欧盟消减8%、日本和加拿大各消减6%、美国消减7%。
三是《巴黎协定》开启了全球行动。2015年12月,应对气候变化的国际机制《巴黎协定》达成,从此全球应对气候变化开启了新阶段,我们以及世界各主要国家今天正在开展的一切应对气候变暖、努力控制温室气体排放的行动都是基于《巴黎协定》。《巴黎协定》提出的长期目标是：控制全球气温升高2℃,努力实现1.5℃的目标。提出的具体路径是：到2030年,全球温室气体排放总量限制在300亿~500亿吨二氧化碳当量,相当于2010年水平的60%~100%；到本世纪中叶,全球温室气体排放量需减少到2010年水平的40%~70%；到本世纪末减至近零,并提出每五年全球进行一次定期盘点,2023年将进行首次盘点。
二问：中国碳达峰碳中和的态度和部署如何
一是中国的态度严谨认真。我国在第七十五届联合国大会上向世界做出“3060”承诺充分证明：这是以习近平同志为核心的党中央统筹国际国内两个大局作出的重大战略决策,是着力解决资源环境约束突出问题、实现中华民族永续发展的必然选择,是构建人类命运共同体的庄严承诺,是一个大国负责任的承诺。实际上我国于2015年5月就向联合国提交了中国应对气候变化的承诺和战略,提出中国为应对全球气候变暖将采取自主行动,不仅明确了分阶段的目标,还发布了《国家应对气候变化规划(2014-2020年)》,研究提出了“十三五”末的减排指标、非化石能源占比、森林蓄积量阶段指标,以及产业结构、能源结构调整和优化、重点领域节能和降碳、有效控制温室气体排放等具体措施。2022年11月22日在巴黎闭幕的诺贝尔可持续发展基金会第二届年会,特别表彰了中国政府在推进碳中和方面作出的特别贡献。
2012~2021年,中国政府以年均3%的能源消费增速支撑了年均约6.5%的经济增长,单位GDP二氧化碳排放下降了34.4%,相当于少排放二氧化碳37亿吨；煤炭消费比重从2014年的65.8%下降到2021年的56%,年均下降1.4个百分点,是历史上最快速度的下降。可见,自党的十八大中国特色社会主义进入新时代、中国经济发展迈向新阶段以来,中国政府为应对全球气温变化和碳达峰碳中和工作是高度重视的、态度严谨认真、行动是实实在在的。
二是党中央国务院部署明确。党中央国务院更加重视碳达峰碳中和战略的贯彻实施和中国经济的高质量发展,相继印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》《2030年前碳达峰行动方案》等重要文件,明确了指导思想、工作原则、重点任务和主要目标。
三是党中央战略统筹科学引领。党中央在作出战略决策、推动贯彻的过程中,更加注重科学引领、防止走偏。中国政府作出“3060”承诺、碳达峰碳中和写入政府工作报告以后,碳达峰碳中和不仅得到社会各界的重视,而且成为热搜热议频率最高的词组,有的地区、有的单位纷纷表态要“提前达峰”甚至还要“提前中和”。但这是在没有弄清碳排放底数、能源消费基数,未深入调研产业和产品结构,没有认真研究和科学制定路线图,也没有统筹谋划经济社会发展目标和要求的情况下,盲目喊出的“提前达峰”和“提前中和”。党中央及时发现了这一问题,于2021年7月30日召开中央政治局会议,强调指出：要统筹有序做好碳达峰碳中和工作,尽快出台2030年前碳达峰行动方案,坚持全国一盘棋,纠正运动式“减碳”,先立后破,坚决遏制“两高”项目盲目发展。党中央及时纠偏,及时纠正运动式“减碳”和盲目“提前”的过热行为。
又过了2个月,从2021年9月下旬开始,有的主要经济省份为了执行“能耗双控”政策,出现了“拉闸限电”现象,后来波及多个省份,一时间限电限产、拉闸限电,甚至不通知就断电的情况成为社会关注的焦点,尤其是石化化工企业和园区、更有跨国公司都焦急万分,担心化工反应的连续性,如果不是有序停车,可能因反应热急剧增加而爆炸的安全风险;也担心因物料自聚、在反应釜或管道内难以清除而造成严重损失。又是党中央国务院责令有关部门及时纠偏,情况才得以缓解,2021年12月8日召开的中央经济工作会指出：要正确认识和把握碳达峰碳中和,实现碳达峰碳中和是推动高质量发展的内在要求,要坚定不移推进,但不可能毕其功于一役。要科学考核,新增可再生能源和原料用能不纳入能源消费总量控制,创造条件尽早实现能耗“双控”向碳排放总量和强度“双控”转变,要确保能源供应,大企业特别是国有企业要带头保供稳价。并特别强调不能再出现“拉闸限电”极端情况的发生。
2022年1月下旬,中央政治局第三十六次集体学习,习近平总书记在主持学习时强调：实现“双碳”目标是一场广泛而深刻的变革,我们要提高战略思维能力,把系统观念贯穿“双碳”工作全过程,注重处理好4对关系：一是发展和减排的关系。减排不是减生产力,也不是不排放,而是要走生态优先、绿色低碳发展道路,在经济发展中促进绿色转型、在绿色转型中实现更大发展。要坚持统筹谋划,在降碳的同时确保能源安全、产业链供应链安全、粮食安全,确保群众正常生活。二是整体和局部的关系。既要增强全国一盘棋意识,又要充分考虑区域资源分布和产业分工的客观现实,研究确定各地产业结构调整方向和“双碳”行动方案,不搞齐步走、“一刀切”。三是长远目标和短期目标的关系。既要立足当下,一步一个脚印解决具体问题;又要放眼长远,克服急功近利、急于求成的思想,把握好降碳的节奏和力度,实事求是、循序渐进、持续发力。四是政府和市场的关系。对能源革命和能源安全特别强调：要立足我国能源资源禀赋,坚持先立后破、通盘谋划,传统能源逐步退出必须建立在新能源安全可靠的替代基础上。要坚决控制化石能源消费,尤其是严格合理控制煤炭消费增长,有序减量替代,要夯实国内能源生产基础,保障煤炭供应安全,保持原油、天然气产能稳定增长,加强煤气油储备能力建设,推进先进储能技术规模化应用。
党的二十大,习近平总书记在报告中谈到“积极稳妥推进碳达峰碳中和”时强调：立足我国能源资源禀赋,坚持先立后破,有计划分步骤实施碳达峰行动。完善能源消耗总量和强度调控,重点控制化石资源消费,逐步转向碳排放总量和强度“双控”制度。深入推进能源革命,加强煤炭清洁高效利用,加大油气资源勘探开发和增储上产力度,加快规划建设新型能源体系,统筹水电开发和生态保护,积极安全有序发展核电,加强能源产供销体系建设,确保能源安全。完善碳排放统计核算制度,健全碳排放权市场交易制度。提升生态系统碳汇能力。积极参与应对气候变化全球治理。可见,中国政府对碳达峰碳中和不仅是重视的,更是统筹经济与发展、统筹国际国内两个大局科学严谨的。
三问：中国实现碳达峰碳中和面临的挑战艰巨吗
中国作为最大的发展中国家,实现碳达峰碳中和面临的挑战是艰巨的：
一是我国能源结构偏重是首要挑战。我国能源结构以煤炭为主,就决定了碳排放量居高不下。我国一次能源消费和碳排放量都是世界第一,我国资源禀赋多煤缺油少气的特点,又决定了我国一次能源消费中煤炭虽连年下降,但占比仍高约56%(2021年我国能源消费结构煤炭占比56%、石油18.5%、天然气8.9%),美国的能源消费结构石油占比43.4%、天然气23.8%、煤炭11.9%,欧盟石油33.5%、天然气25%、煤炭12.2%。以碳排放量最大的电力行业为例,北美、独联体、中东以及非洲的发电都是以天然气为主,中东地区天然气发电占比高达71.2%,欧洲发电占比核能21.9%、天然气19.8%、煤炭15.7%、水电16.1%,南美和中美洲水电占一半,而亚太地区煤炭发电占比57%,中国去年的煤电发电量占总发电量高达71%。
如此的能源结构,我国碳排放量自2006年超过美国以来,年排放量一直位列世界第一,2019年过百亿吨。从地域看：经济大省、能源大省、产业结构偏重的省份居全国前列；从工业领域看：电力、钢铁、有色金属、建材、石化化工、交通运输等行业居工业领域前列,这几大行业都是国民经济的能源和基础原材料工业,石化还是国民经济的重要支柱产业,经济的发展、现代化的进程、人民生活水平的提高都离不开这几大产业的高质量发展,既要发展、又要减碳的挑战需要我们不断创新解决。
二是我国工业结构偏重也是现实挑战。我国工业结构以重工业、基础工业、高耗能工业为主,就我们熟悉的工业结构来说：炼油目前是世界第二,但很快就会超过美国成为世界第一,另几个主要工业门类：发电量高于8.5万亿千瓦时,占世界发电总量的30%,钢铁第一生产大国、煤炭生产消费都是第一大国、汽车产销以及拥有量都是第一大国、水泥玻璃等建材产品都是第一大国、塑料人造纤维等都是第一大国等等。按照国民经济的工业门类划分就是电力、钢铁、建材、交通运输、石化化工、有色、造纸等,都是国民经济的基础和重要构成。这七大行业都属于资源型或能源型产业,属碳排放量高的行业。据近20年的统计,这七大行业的碳排放量相加占全国碳排放总量的80%以上,高的年份约88%,电力碳排放约占这七大行业排放量的一半 。由此可见,与发达国家相比,我国工业结构偏重的现状也是碳达峰和碳中和必须面对的。
三是中国发展的任务更加艰巨。我国经济总量已连续12年位居世界第二,连续两年超过百万亿元,2021年114.4万亿元、17.73万亿美元,可人均值只有1.25万美元,世界人均排名第60位,(美国人均6.93万美元、第6位,日本3.93万美元、第26位,德国5.08万美元、第18位,英国4.73万美元、第21位,法国4.35万美元、第22位)。党的十九届五中全会研究制定国民经济“十四五”发展规划时特别强调：“我国仍处于并将长期处于社会主义初级阶段,我国仍然是世界上最大的发展中国家,发展仍然是我们党执政兴国的第一要务。并提出到2035年我国经济总量和人均GDP再翻一番的目标。”从目前看,我国人均GDP只有美国人均值的约1/6、日本人均值的约1/3、德英法的约1/4,可见我国离实现中等发达水平还有一定的差距,与发达国家相比差距就更大。我们面临的发展任务还十分艰巨,尤其是李克强总理讲过：我国还有约6亿人月均可支配收入还不到1000元,通过发展解决发展不平衡不充分主要矛盾的任务更加艰巨。
四是中国碳达峰碳中和的时间更短、任务更重。我国承诺从碳达峰到碳中和只有30年时间,而欧盟是1979年实现了碳达峰,当年的峰值是41亿吨,当时的人均排放是9.9吨；美国于2005年碳达峰,当年的峰值是61亿吨,当时的人均值19.6吨。现在欧盟和美国都宣布于2050年实现中和,也就是说欧盟从碳达峰到碳中和有71年的时间,美国从碳达峰到碳中和也有45年,而中国从碳达峰到碳中和只有30年时间,可谓时间紧、任务重,面临的挑战和任务将更加艰巨。但我们也要充满信心：再过十年后的未来30年技术进步和创新将更加快速,有些也许是今天的我们难以想象的；还有一个我们熟悉的：就是化工材料及其复合材料、特种功能化学品(保温、密封、结构等新型材料,以及催化、提纯、净化等功能化学品),尤其是化学家和化学工程师们都将有着无限可能,有些将发挥无可替代的作用。
四问：发达国家和发展中国家需要区别对待吗
控制碳排放、实现碳达峰与碳中和发达国家与发展中国家应科学界定、区别对待。“碳排放权实际上是发展权”不无道理。纵观工业经济发展史和工业化进程,就会发现能耗总量与经济总量关系密切。
一是历史地看：以英国为代表的欧洲是第一次工业革命的发源地,美国是第二次工业革命的火车头。自第一次工业革命以来,先期工业化的都是今天的发达国家,错失第一次和第二次工业革命先机的国家,尤其是二战结束以后实现独立、开启工业化进程的国家大都是今天的发展中国家。日本和德国也都是把握住了工业革命的机遇、实现了经济腾飞、奠定了二战前的称霸实力,又因战后世界格局的两大阵营和复杂多变,获取战后大国博弈的机遇实现了快速重建。
今天谈碳达峰碳中和话题的时候,听到最多的是中国是第一排放大国,很多人再进一步延伸或借题发挥,甚至指责：大谈自己已经碳达峰,正在向碳中和的目标努力,中国为什么还在大量排放?可是他们闭口不谈今天大气中温室气体累计排放的量主要是他们过去100多年排放的,今天全球气候变暖、生态恶化,他们闭口不谈是先期工业化的国家过去200年化石资源的无节制消耗、不受约束地排放造成的。他们只看到了、也只指责是今天正在工业化的国家排放量高造成的,甚至要想尽一切办法限制发展中国家实现工业化,设置一切限制条件制约后工业化国家迈向现代化。
二是辩证地看：事实告诉我们,先工业化国家在先期工业化的过程中,比后工业化国家累计排放二氧化碳的量要多得多。所以今天谈温室气体排放和碳达峰碳中和,既要历史地看也要辩证地看。
以美国和欧盟为例,根据世界银行等机构的数据,到2019年美国的累计碳排放量是4102亿吨,欧盟的累积碳排放量是2870亿吨。我国当前的年碳排放量确实是世界第一,每年二氧化碳的排放量约占世界年排放总量330多亿吨的约30%。但我国是新中国成立以后才开始工业化的,我国大规模工业化不过70年,自改革开放开启快速工业化进程也不过40几年。同样是世界银行数据,到2019年中国累计碳排放量约2200亿吨,是美国累计排放量的53.6%,是欧盟累计排放量的76.6%。如果按照年人均排放量看中国不是最高的。还是世界银行数据,2019年美国的人均碳排放量是16.1吨/人.年、欧盟是6.6吨/人.年、中国是7.1吨/人.年。可见,美国才是世界上碳排放量累积值最大、人均值最高的国家,美国才是为应对全球气候变暖应当承担最大责任者。我们这么讲不是推卸责任,只是尊重事实、尊重历史,因为只有一个地球,地球是人类共同的家园,今天人类生存面临着共同的挑战,应对气温升高、保护人类共同的家园已经成为大多数人的共识,中国和广大发展中国家也正在积极行动起来,为保护人类共同的家园而不断创新和贡献着中华民族的智慧。
五问：实现碳达峰碳中和有具体目标和要求吗
一是党中央战略目标清晰。《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》明确：到2025年,绿色低碳循环发展的经济体系初步形成,重点行业能源利用效率大幅提升。单位国内生产总值能耗比2020年下降13.5%；单位国内生产总值二氧化碳排放比2020年下降18%；非化石能源消费比重达到20%左右；森林覆盖率达到24.1%,森林蓄积量达到180亿立方米,为实现碳达峰碳中和奠定坚实基础。
到2030年,经济社会发展全面绿色转型取得显著成效,重点耗能行业能源利用效率达到国际先进水平。单位国内生产总值能耗大幅下降；单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降65%以上；非化石能源消费比重达到25%左右,风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上；森林覆盖率达到25%左右,森林蓄积量达到190亿立方米,二氧化碳排放量达到峰值并实现稳中有降。
到2060年,绿色低碳循环发展的经济体系和清洁低碳安全高效的能源体系全面建立,能源利用效率达到国际先进水平,非化石能源消费比重达到80%以上,碳中和目标顺利实现,生态文明建设取得丰硕成果,开创人与自然和谐共生新境界。
二是国务院行动方案更加具体。《2030年前碳达峰行动方案》进一步明确：“十五五”期间,产业结构调整取得重大进展,清洁低碳安全高效的能源体系初步建立,重点领域低碳发展模式基本形成,重点耗能行业能源利用效率达到国际先进水平,煤炭消费逐步减少,绿色低碳技术取得关键突破,绿色低碳循环发展政策体系基本健全。将重点实施能源绿色低碳转型行动、节能降碳增效行动、工业领域碳达峰行动、城乡建设碳达峰行动、交通运输绿色低碳行动、循环经济助力降碳行动、绿色低碳科技创新行动、碳汇能力巩固提升行动等“碳达峰十大行动”。
三是国家发改委、工信部等要求降碳从能效先行做起。为贯彻党中央、国务院的战略部署,国家发改委等五部委于2021年11月印发《高耗能行业重点领域能效标杆水平和基准水平(2021年版)》。从2022年1月1日起执行的这个《通知》明确要求：为有效遏制“两高”项目盲目发展,对标国内外生产企业先进能效水平,确定高耗能行业能效标杆水平;并对拟建、在建项目的能效水平以及存量项目的改造升级和过渡期、淘汰落后产能等都提出了明确要求。对煤制合成氨、煤制甲醇、煤制烯烃、煤制乙二醇、烧碱、乙烯、对二甲苯、磷酸一铵、磷酸二铵、电石、焦炭、黄磷等产品都明确了能效标杆水平和基准水平。2022年2月印发的《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南(2022年版)》,对引导改造升级、加强技术攻关、促进集聚发展、加快淘汰落后都进一步细化了要求。
六问：中国石化产业碳达峰碳中和容易吗
一是石化产业的结构决定了不容易。石化产业属资源型能源型产业,当前生产石化产品主要以石油、天然气、煤炭等化石资源为原料,生产石化化工产品的过程必然伴随二氧化碳的产生,石化产业碳达峰碳中和面临的挑战比其他行业要严峻一些。中国石化化工产业的能源消费总量2020年是6.85亿吨标准煤,碳排放总量约13.84亿吨二氧化碳,约占工业领域总排放量的13%。发达国家自二战结束到上世纪80年代末都基本完成了以石油化工和天然气化工为主的转型,而我国至今还有相当比重的化工产品是以煤炭为原料的煤化工路线。最典型的合成氨、甲醇发达国家和海湾地区都是以天然气为原料,而中国70%以上的产能是以煤为原料；聚氯乙烯发达国家都是以石脑油和乙烷为原料的乙烯氧氯化法,而我国70%以上都是以煤为原料的电石乙炔工艺,我国的乙二醇目前43%的产能是现代煤化工路线,相应地还有醋酸、甲醛以及聚甲醛、1,4-丁二醇、聚乙烯醇等,可见中国的煤化工占比不可忽视。
二是煤化工碳达峰与碳中和任务更艰巨些。煤化工的原料是煤炭,制取化学品的过程中,以煤炭为原料的碳排放量远高于以天然气和石油为原料的排放量。以合成氨和甲醇为例,以煤为原料吨氨二氧化碳排放是4.5吨、吨甲醇二氧化碳排放是2.9吨,而以天然气为原料吨氨二氧化碳排放是3.0吨、吨甲醇二氧化碳排放是1.1吨,煤头合成氨多排50%、甲醇多排1.6倍。据测算,现代煤化工目前几个代表性产品的二氧化碳排放量也比较高：直接法煤制油的二氧化碳排放量是5.8吨/吨、间接法煤制油是6.5吨/吨、煤制烯烃是11.1吨/吨、煤制乙二醇是5.6吨/吨。可见以煤为原料生产化学品其碳排放量高于以天然气或石油为原料,煤化工面临的压力和挑战更艰巨一些。
三是国务院行动方案明确石化行动内容。《2030年前碳达峰行动方案》提出了“碳达峰十大行动”,特别是在工业领域碳达峰行动中明确推动石化化工行业碳达峰：优化产能规模和布局,加大落后产能淘汰力度,有效化解结构性过剩矛盾。严格项目准入,合理安排建设时序,严控新增炼油和传统煤化工生产能力,稳妥有序发展现代煤化工。引导企业转变用能方式,鼓励以电力、天然气等替代煤炭。调整原料结构,控制新增原料用煤,拓展富氢原料进口来源,推动石化化工原料轻质化。优化产品结构,促进石化化工与煤炭开采、冶金、建材、化纤等产业协同发展,加强炼厂干气、液化气等副产气体高效利用。鼓励企业节能升级改造,推动能量梯级利用、物料循环利用。到2025年,国内原油一次加工能力控制在10亿吨以内,主要产品产能利用率提升至80%以上。
还强调：坚决遏制“两高”项目盲目发展,采取强有力措施,对“两高”项目实行清单管理、分类处置、动态监控。全面排查在建项目,对能效水平低于本行业能耗限额准入值的,按有关规定停工整改,推动能效水平应提尽提,力争全面达到国内乃至国际先进水平。科学评估拟建项目,对产能已饱和的行业,按照“减量替代”原则压减产能;对产能尚未饱和的行业,按照国家布局和审批备案等要求,对标国际先进水平提高准入门槛；对能耗量较大的新兴产业,支持引导企业应用绿色低碳技术,提高能效水平。深入挖潜存量项目,加快淘汰落后产能,通过改造升级挖掘节能减排潜力。强化常态化监管,坚决拿下不符合要求的“两高”项目。
四是工业领域实施方案更加具体。2022年8月工信部等三部委印发《工业领域碳达峰实施方案》,再次重申：落实石化产业规划布局方案,科学确定东中西部产业定位,合理安排建设时序;坚决遏制高耗能高排放低水平项目盲目发展等内容。其中在“重点行业达峰行动”部分,对石化化工要求：增强天然气、乙烷、丙烷等原料供应能力,提高低碳原料比重；合理控制煤制油气产能规模；推广应用原油直接裂解制乙烯、新一代离子膜电解槽等技术装备；开发可再生能源制取高值化学品技术。到2025年,“减油增化”取得积极进展,新建炼化一体化项目成品油产量占原油加工量比例降至40%以下,加快部署大规模碳捕集利用封存产业化示范项目；到2030年,合成气一步法制烯烃、乙醇等短流程合成技术实现规模化应用。可见,在国家总体部署中不仅对石化化工产业是重视的,而且目标和要求也是具体明确的。
七问：石化产业碳达峰碳中和的可选路径有哪些
一是原料轻质化。在可能的情况下逐步减少煤电和燃煤锅炉,相应的增加天然气发电量和蒸汽锅炉,逐步减少煤头合成氨和甲醇、增加天然气为原料的合成氨和甲醇的占比,电力、蒸汽锅炉等和煤化工行业的碳排放量就会大幅下降。以合成氨和甲醇为例,若由煤头改为气头其碳排放强度分别下降1/3和62%。这正是《2030年前碳达峰行动方案》特别强调的：引导企业转变用能方式,鼓励以电力、天然气等替代煤炭。调整原料结构,控制新增原料用煤,推动石化化工原料轻质化；《工业领域碳达峰行动方案》要求增强天然气、乙烷、丙烷等原料供应能力,提高低碳原料比重；合理控制煤制油气产能规模；推广应用原油直接裂解制乙烯；开发可再生能源制取高值化学品技术。
石化产品原料轻质化最具代表性的产品是当前的轻烃裂解制烯烃,最具代表性的国家或区域要数北美和海湾地区,北美以美国为代表近10年来乙烯增量明显高于以往,而新增乙烯主要采用乙烷裂解工艺；海湾地区以沙特为代表,新增烯烃主要以油田伴生气为原料。石化领域对沙特基础工业公司(SABIC)不陌生,SABIC成立的主要目的就是为了更好地利用石油伴生气资源生产烯烃、有机化学品和聚合物。以轻烃为原料(乙烷裂解制乙烯、丙烷脱氢制丙烯)制取烯烃,其工艺流程短、投资省、产品纯度高,与石脑油裂解或其他途径所获得烯烃相比、其生产成本最低。
我国“十三五”以来已建成投产20套丙烷脱氢制丙烯装置,乙烷裂解制乙烯装置已投产6套,目前国内轻烃制乙烯占比还很低,而丙烷脱氢制丙烯约占到我国丙烯总产能的20%左右。下一步在科学论证轻烃来源和供应链安全以及经济竞争力的前提下,还可以慎重决策以轻烃为原料的烯烃装置建设。
二是过程低碳化。过程低碳化的首要举措就是节能,实践证明“节能是第一能源,降耗是第一资源”,我国目前总的能耗强度是世界平均水平的1.5倍、美国的3倍、欧盟国家平均值的3.8倍、日本的7.2倍,可见节能减排的潜力巨大。据测算,如果将目前的能耗强度降到0.38吨标准煤/万元GDP,其碳排放强度就可降低30%以上。也曾有人测算过：如果我们的能耗水平达到今天日本的水平,我国当前能耗总量不变的情况下,经济总量可再增加2倍。这就是党中央国务院强调：强化能源消费强度和总量双控,坚持节能优先的能源发展战略的考量。过程低碳化的另一条路径是生产过程的电气化,即用绿电代替煤电和气电,或者用绿电裂解代替传统的蒸汽裂解(巴斯夫、林德和SABIC正在合作攻关)、绿电驱动代替蒸汽透平等,这都是生产过程低碳化的有效措施,这也是目前国内外都在示范和探索的路径。
石化产品生产过程如果实现了短流程工艺也是低碳化的有效措施,最具代表性的是原油直接制化学品,与传统的工艺相比省去了蒸馏过程,由原油直接获得乙烯、再经化学合成(氧化、水合、羰基化、加氢等)制得各种有机化学品、经聚合反应就获得聚乙烯、聚丙烯等高分子聚合物,从而节省能耗、降低乙烯的成本。埃克森美孚在新加坡裕廊岛有一套全球唯一的100万吨/年工业化装置。该装置用轻质原油、不经蒸馏段直接裂解制烯烃,其烯烃产出率高达50%~70%,乙烯的成本比石脑油裂解低约100美元/吨；阿美和SABIC、清华大学合作,也已经掌握了原油直接制化学品的技术。
2021年中石化石科院、北化院都相继宣布开发成功原油直接制化学品的技术,中海油在惠州大亚湾也经工业性试验验证了自己的原油直接制化学品的新工艺,运行结果表明原料进料、烯烃产出率都更有竞争力。实际上,国内外都在聚焦创新的天然气直接制烯烃(不经合成气)、合成气直接制烯烃(不经甲醇)、自然光直接分解水制氢(不经光伏发电)。2019年,我带队访问美国西南研究院交流过程中了解到,他们正在开展的碳氢化合物经薄膜反应器直接制取聚合物、煤炭经循环流化床反应器直接获得化学品等等,这些已取得实验室成果、尚未工业化的研发创新,都属于短流程创新的范畴,在不久的将来有些一定会实现工业化,为经济社会发展和碳达峰碳中和起到强大的推动作用。
微通道连续流反应器也已成为流程简捷化的重要方式,已经在很多精细化学品、医药化学品的硝化、重氮化等反应过程中工业化应用。与传统反应器相比,微反应的传质效率提升100倍、换热能力提升1000倍、反应时间缩短为秒级、反应持液量只是原来的千分之一,而且整个工艺流程全自动、全连续,反应效率和收率大幅提升、排放大幅降低,本质安全水平大幅提升。麻省理工学院在一种抗癫痫药的两个关键中间体的合成过程中成功地应用了微通道反应器。一个中间体是2,6-二氟苄基叠氮,因为这种叠氮化合物非常不稳定、不能长时间储存,最高效的是原位制取、原位参与下步反应,应用微通道反应器,室温条件下只需1分钟,原料可100%转化。另一个关键中间体是丙炔酰胺。因为它也是极不稳定的中间体、容易发生聚合反应,传统的间歇釜式反应需在-78℃条件下进行,而微通道连续流反应器在0℃,丙炔酸甲酯和28%~29%浓度的氨水反应,停留时间5分钟,获得95%以上的转化率。未来微通道反应技术在精细化学品、药品及其中间体的制取和反应过程中将有更加广阔的应用。
三是废弃物资源化。实际上“废弃物是放错了地方、未充分利用的资源”,过去令人头疼的废弃物,有些今天已成为宝贵的原料,如焦炉气、电石炉尾气过去大多放空,污染环境和生态,今天多用来制甲醇、进而制烯烃及其材料或化学品,既保护了大气环境,又为企业带来了效益。磷铵生产过程的磷石膏也是如此,1吨磷铵产生6~7吨磷石膏,过去都是露天堆放,既占用土地、又因含氟造成地下水污染,鲁北化工用于生产硫酸联产水泥解决了这一难题。磷石膏的主要成分是硫酸钙,以磷石膏为原料经煅烧得到硫酸和水泥,硫酸又用于磷铵生产酸解磷矿石工序,真正实现了循环经济,不仅消除了制约磷肥工业的瓶颈问题,还获得好的经济效益。国内乙炔化工的电石渣问题也是一样,过去聚氯乙烯厂很头疼,现在大都通过电石渣制水泥实现了资源化再利用,这些废弃物的资源化利用直接节省了天然石灰石的消耗量。
废弃塑料的资源化利用是国际社会广泛关注的。塑料自诞生以来的一百多年,共生产了约83亿吨,其中60多亿吨被填埋或废弃,塑料污染已造成土壤、海洋和生态的严重危害,联合国环境规划署、世界塑料理事会等国际组织和很多化工公司都把解决塑料污染作为重要议题。生物可降解材料的确可以在一次性购物(包装)袋、地膜、快递、医用等领域替代原来的不可降解塑料,可生物基化学品和生物可降解材料因原料和加工使用性能而受限。废弃塑料的资源化利用是解决塑料污染现实而重要的途径,塑料的物理梯级循环利用是目前相对实用的路径; 化学循环是实现废塑料高价值资源化利用的重要方法,这也是当前化学家和化学工程师们聚焦攻关的重要课题。根据化学反应合成与分解、聚合与解聚的可逆性原理,化学循环技术上没有障碍,只是成本和代价问题,也就是回收再生后的塑料价格是高于还是低于新塑料的价格,即经济效益问题。如已经研发成功的“甲醇分解技术”将废聚酯(PET)饮料瓶分解成对苯二甲酸甲酯和乙二醇单体,然后重新合成新的PET；巴斯夫正在研发的热裂解工艺,把废塑料热裂解为合成气或油品,用这种原料在路德维希港一体化基地再生产各种化学品或聚合物,其品质达到食品级。也有的公司通过聚酯再生技术或流化床气化技术,把低纯度、不易循环利用的废旧塑料气化,获得的合成气制取甲醇等,都已取得了重要的阶段性成果。今天看起来日益严峻的塑料污染问题终会被解决,可仅仅有成熟的技术是不够的,还需要政策的推动与支持、经济竞争力以及人们的共识和全球的行动。
四是产业集群化。产业集群化发展是党中央提出培育现代产业集群的战略部署,建设现代化产业集群是推动高质量发展、全面提高经济整体竞争力的必然要求,是推动我国经济发展焕发新活力、迈上新台阶的必然选择。石化产业的布局基地化、园区化、装置大型化、炼化一体化和产业集群化,也是发达国家成功的实践。新加坡裕廊岛、巴斯夫路德维希港、比利时安特卫普石化基地、沙特朱拜勒工业城以及东京湾、墨西哥湾石化产业集群等,已经成为原料互供、产业链协同、能源和公用工程共享的世界级标杆。我国已认定的石化园区有600多家,尤其是国家重点布局了沿海的“七大石化基地”和煤炭资源富集区域的“四大现代煤化工示范区”。
依托这样的基础和布局,立足石化产业的现有规模和未来高质量发展,《全国石化园区“十四五”发展规划和2035远景展望》提出：组织实施“五项重点工程”,重点培育“五大世界级石化产业集群”,到“十四五”末环渤海湾、杭州湾、海西湄洲湾、泛大亚湾沿海“四大世界级石化产业集群”和“能源金三角现代煤化工产业集群”初具轮廓,力争2035年形成国际水平的“五大世界级石化产业集群”,成为石化强国的重要基础和强力支撑。推进现代产业集群化发展,原料上下游互供、产品链协同延伸、能源集中供应、“三废”集中处理,实际效果就是减少了原料和能源消耗、缩短了运输距离,直接或间接地大幅减少碳排放。产业集群化和规模化以后,产业集聚度开始显现时,产品链也就丰富了,产业集群化效果就更加明显了。如果每一个基地、每一个园区,甚至每一套生产装置、每一条产品链,都能发挥出最充分的效果,不仅节省资源、降低排放,而且会产出最大化、效益最大化。这就是《工业领域碳达峰实施方案》中提出的：打造绿色低碳工业园区,通过“横向耦合、纵向延伸”,构建园区内绿色低碳产业链条,促进园区内企业采用能源资源综合利用生产模式。到2025年,通过已创建的绿色工业园区实践形成一批可复制、可推广的碳达峰优秀典型经验和案例。
五是绿氢工业化。绿氢的工业化不仅是技术方面实现工业化和规模化,而是经济上也具有竞争力。炼化一体化装置、煤化工装置目前所需的氢气,国内多用煤制氢、发达国家主要采用天然气制氢,不论是煤制氢还是天然气制氢都有二氧化碳排放,而绿氢就不存在碳排放问题。如果有条件的园区和化工基地与轻烃裂解的副产氢耦合是不错的选择,一套60万吨/年的丙烷脱氢装置副产氢的量在2万~3万吨/年,目前很多副产氢用作锅炉燃料既是无奈之举,也是浪费。
煤化工产业与绿氢的耦合应当成为中国石化产业重点探索的路径。煤化工的主导产品有合成氨、甲醇等,煤制烯烃目前也是先合成甲醇、再制烯烃。具体到每个工艺过程,目前碳排放量占比很高的集中在合成气变换和甲醇洗两个环节,合成气变换的目的是为下一步合成工段调碳氢比,在这一环节把碳多、氢少多出的一氧化碳变换成二氧化碳,甲醇洗环节再把变换环节的二氧化碳去除。如果绿氢的经济性过了关,为了解决气化炉刚出来的合成气碳多氢少的矛盾,不采用传统的蒸汽变换、不是把一氧化碳变换成二氧化碳的方法,而是采用补充绿氢的方法来调碳氢比,就大大降低了二氧化碳的排放量。这就是《工业领域碳达峰实施方案》提出的：鼓励有条件的地区利用可再生能源制氢,优化煤化工、合成氨、甲醇等原料结构。
绿氢的工业化核心在创新。目前的化石资源制氢、电解水制氢、甲醇分解制氢等方法,从碳排放和经济角度看都难以满足新能源大量用氢的要求,工业副产氢可以做局部区域示范性应用。真正实现绿氢的工业化关键就在创新,巴斯夫自2010年起一直在研究甲烷直接裂解制绿氢,与目前的天然气经合成气制氢不同,根据甲烷的分子结构、采取直接裂解技术,制取氢气和固体碳,不排放任何温室气体。另一个完全不排放温室气体获取氢的方法是阳光分解水制氢,科学家预测阳光分解水制氢的最终成功,才是氢作为清洁能源实现的一天,阳光分解水制氢国际国内都在研发与创新过程中,三菱化学、东京大学以及中国科技大学等都取得了较好的阶段性成果。三菱化学的首席技术官濑户山先生告诉我：能效转化率达到10%就可以有经济性；媒体曾报道东京大学由1600个反应器单元排列组成、规模为100平方米太阳光催化分解水制氢的试验,连续稳定运行数月,考核了催化剂性能、膜分离技术以及装置安全性等,氢的制取、气体分离以及安全性都是成功的,只是当前存在效率低、成本高的问题。
六是实现碳达峰碳中和关键是创新。抓创新就是抓发展,谋创新就是谋未来,国际竞争新优势越来越体现在创新能力上。《石化化工高质量发展指导意见》中,特别强调“坚持创新驱动”原则,着眼科技自立自强,推进关键核心技术攻关,促进产业链供应链安全稳定,提高全要素生产率,提升发展质量和效益。“十三五”石化行业创新在重大关键技术、核心设备和工程化、产业化等方面,都取得了一系列重大突破,未来解决少数“卡脖子”的痛点和堵点、加快绿色低碳转型和产业高端化,关键也是依靠创新。新的节能技术、新型高效催化剂和节能设备、绿色工艺和绿色产品等等围绕碳达峰碳中和创新的内容很多,当前国际国内最聚焦的是二氧化碳资源化利用的创新,通过创新实现工业排放二氧化碳的捕获、封存和再利用(CCUS),通过创新以二氧化碳为原料实现甲醇及其有机化学品、高分子聚合物等的生产,这是全球高度重视、都在研发和技术攻关的一个热点,不仅实现二氧化碳的少排放、不排放、助力碳达峰和碳中和,而且实现二氧化碳的变废为宝、还造福人类。
国内多位科学家和不少研发机构都积累了很多阶段性成果和宝贵的经验,去年看到美国的Twelve公司已经实现了二氧化碳和水制得聚丙烯,其聚丙烯的功效和性能与石脑油聚丙烯一样,已与奔驰合作生产出世界上第一个以二氧化碳为原料的汽车零件,并且已与汽车、家居、服装等多个品牌以及宝洁和美国航空航天局达成合作。巴斯夫与林德共同开展的二氧化碳与甲烷干重整制合成气也取得阶段性成果,因干重整过程需添加更多的二氧化碳,该技术成功以后有可能形成负排放工艺;同时巴斯夫正在研发二氧化碳与乙烯为原料合成丙烯酸,进而生产高吸水性树脂用于婴儿和老年用品。日本制铁利用炼铁高炉或电炉排放的二氧化碳与二元醇反应合成了聚碳酸酯二醇,作为下游聚氨酯的原料,这一创新不仅减少了二氧化碳排放,而且代替了以一氧化碳和光气为原料先制得碳酸二甲酯、再与二元醇反应制取聚碳酸酯二醇的传统工艺,消除了危险性极高的光气法传统工艺,预计2030年实用化。以二氧化碳为原料经生物催化制取丁二酸,获得了生物可降解材料PBS的原料,已取得实验室研究成果。二氧化碳资源化利用绿色化学的创新正在稳步取得进展和突破,再过15年左右必将为碳中和做出重要贡献。为实现碳达峰和碳中和,我们应加强绿色低碳重大科技攻关和推广应用,开展绿色低碳共性技术、前沿引领技术、颠覆性技术和相关设施装备的技术攻关,培育一批节能降碳和新能源技术产品研发重点实验室、创新中心、重大科技创新平台。
中国社会各界、全国各地、各行各业都在为“2030碳达峰、2060碳中和”,而加大创新、节能减碳、多措并举,为保护人类唯一的地球家园而积极行动。就全球来看,今年及今后数年碳达峰碳中和又遭遇新的挑战,疫情的不确定性难料、大国博弈在加剧,尤其是今年突发的俄乌冲突,美欧联手对俄制裁,导致能源价格暴涨,特别是欧洲能源危机日益加重,天然气短缺甚至断供,欧盟各国纷纷重启煤电,这必将导致碳排放量的增加,所以全球刚刚达成和正在采取的减排共识和行动,又遇到了新的挑战。我们相信,和平与发展仍将是当今世界的主流,动荡终会过去,随着百年未有之大变局的递进和产业变革、技术革命的加快,人类命运共同体将迎来美好的明天。
作者：中国石油和化学工业联合会副会长 傅向升