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低碳產業需要註意的問題

綠色環保壹直是工業發展的方向。這個方向並不是因為低碳概念的興起才出現的。任何新概念都意味著新商機的誕生。但是,我們不得不註意到,從概念到現實,總是需要壹個實現的過程。現在,面對低碳經濟發展中的壹些問題,我們不得不加以重視。所謂“綠色貿易壁壘”,是指通過制定嚴格的、強制性的技術標準,限制不符合能耗和環保標準的產品進口,客觀上形成了國際貿易的技術壁壘。世貿組織在《技術性貿易壁壘協議》前言中規定,“不能阻止任何成員采取必要措施,如保護人類、動物和植物的生命和健康,並在其認為適當的水平上保護環境”。因此,發達國家所采取的嚴格的綠色貿易壁壘措施是無可爭議的。中國也頻繁遭遇國際綠色貿易壁壘的遏制。有專家指出,綠色貿易壁壘已經成為繼匯率之後影響外貿的第二大因素。

隨著世界範圍內低碳理念的提出,不符合綠色低碳理念的產品必然會被淘汰。但我國產品出口仍嚴重依賴產品的初級加工,客觀上對我國外貿出口造成壹定影響。然而,綠色貿易壁壘不同於關稅壁壘,是壹把雙刃劍。雖然綠色貿易壁壘是在發達國家和發展中國家經濟技術對比巨大的背景下實施的,具有隱蔽性和歧視性的特點,對以加工制造為主的中國企業會產生壹定的影響,但也會在壹定程度上促進企業加強產業升級和轉型,促進其科技研發投入。事實上,這也是企業參與國際競爭的必然趨勢。

“低碳經濟”是未來經濟發展的必然趨勢,這給以勞動密集型企業為主、以加工制造為主的我國中小企業帶來了巨大的挑戰。因此,我國中小企業應未雨綢繆,加強R&D能力,提升產品的國際競爭力,以贏得未來經濟發展的先機。改革開放初期,壹些地方壹味追求招商引資帶來的稅收,卻忽視了對環境的保護。在享受外資企業加速中國經濟發展的同時,我們不得不面對那些高汙染、高能耗的企業對中國環境造成的巨大破壞。

如今,中國內地再次吹響了產業轉移的號角,這不能不引起我們的重視。要謹防產業轉移成為汙染轉移的借口。雖然當地經濟的發展很重要,但我們不得不因為眼前的經濟利益和個人成就而忽視對汙染的控制,破壞當地的環境。這不僅會促進當地經濟增長,還會因環境破壞而制約當地經濟的可持續發展。

如果產業轉移只是把高汙染、高排放的企業從發達地區轉移到落後地區,雖然這在短期內會解決當地的招商引資、沿海地區的產業升級和淘汰落後高耗能企業的安置問題,但實際上只是把高碳從左手轉移到右手,沒有實際意義。發展低碳,淘汰過剩產能,可能會影響中國經濟發展的速度,部分企業的關閉和轉移會增加就業壓力,可能會造成壹定的經濟動蕩。因此,必須處理好發展與穩定的關系,有計劃、有步驟地實施低碳戰略,不能壹蹴而就。

隨著經濟的增長,中國的能源消費總量可能會相對增加,但這種增加仍然是合理的增加,二氧化碳排放量會增加。中國正處於加快工業化和城市化的關鍵階段,離不開高碳發展模式。落後的工業生產技術加劇了中國經濟的高碳特征。低碳經濟是以低能耗、低汙染、低排放為基礎的經濟發展模式,科技創新是低碳經濟的核心。企業應該加強技術創新和自主研發能力,使自己的產品更加符合“低碳時代”的要求。低碳經濟不僅指壹個行業的低碳發展,還指低碳上下遊產業的協調發展。如果把下遊的能源消耗轉移到上遊,能算是發展低碳嗎?在北京國際車展上,各大廠商紛紛打出低碳環保的電動車品牌來迎合潮流,仿佛誰沒有兩款電動車產品誰就會被市場淘汰。各大媒體也紛紛聚焦電動汽車。壹時間,似乎不買電動車就構成了低碳經濟的絆腳石。真的是這樣嗎?

眾所周知,電動汽車最大的特點就是能源替代。誠然,石油消耗與二氧化碳排放密切相關。然而,電動汽車真的能減少碳排放嗎?

在中國,80%的二氧化碳排放來自燃煤,超過50%的煤炭消耗用於火力發電。同時,火力發電占總發電量的70%以上。另外,目前我國煤炭發電平均效率只有35%。在這樣的情況下,發展電動汽車無異於增加電力消耗,也意味著增加碳排放。隨著我國城市化和工業化進程的加快,電力資源將更加緊張。在風電、核能發電尚處於發展階段的中國,大力發展電動汽車必然會加劇能源供需緊張,不利於低碳產業的發展布局。

對於政府來說,在不遺余力支持電動車發展和相關企業開發新產品的同時,更需要解決源頭問題。以電動汽車為例,以煤代油是不可取的。電動汽車成為低碳經濟時代先鋒的前提是解決動力資源問題,否則前景不容樂觀。自然碳捕獲:海水和綠色植被都是碳儲存池系統的組成部分。如今,地球的海水中充滿了古老的碳,總量約為35萬億噸。幾千萬年後,地球上的原始森林也吸入了數萬億噸二氧化碳。植物捕獲的大部分二氧化碳經過數十億年的時間已經演變成更固定的地質形式,包括石灰石和頁巖,以及煤、石油和天然氣等碳氫化合物。直到大約500年前,這種自然碳捕獲過程還算順利。那時,碳循環達到了某種平衡:每壹次腐爛的植物或火焰釋放出壹個二氧化碳分子,森林或海洋就會重新吸收同樣的分子。空氣中二氧化碳的濃度是百萬分之270。然而,從公元1500年開始,這種平衡逐漸被打破。因為農業的發展和對木材的需求使森林枯竭,地球吸收碳的能力逐漸下降。更重要的是,貪得無厭的工業革命引發了碳氫化合物燃燒的突然增加,這逆轉了數億年來碳儲存的平衡。自18年末以來,人為二氧化碳排放量從微不足道的1億噸/年上升至63億噸/年,約為生物圈可吸收量的兩倍。因為每年進入大氣的碳量比捕獲的碳量多約32億噸,大氣中碳的積累量開始上升,增加到百萬分之380以上。

在此背景下,人類開始嘗試人工碳捕獲和存儲技術。

碳捕集與封存(簡稱CCS)是指將大型發電廠、鋼鐵廠、化工廠等排放源產生的二氧化碳收集起來,以各種方式儲存起來,避免其排放到大氣中的技術。它包括二氧化碳的捕獲、運輸和儲存,可以減少單位發電量85%至90%的碳排放。對中國來說,解決煤炭汙染問題非常重要。中國煤炭資源豐富,也是煤炭使用大國。但眾所周知,煤炭造成的汙染損害也很嚴重。如果不解決煤炭產生大量二氧化硫和二氧化碳排放的問題,就很難解決中國的環境汙染問題。與此同時,隨著世界越來越關註全球變暖,中國將面臨越來越大的國際壓力。因此,中國應該盡快發展自己的碳捕獲和存儲技術。如果不盡快自主研發潔凈煤技術,未來中國將被迫從美國或其他國家購買相關技術,局面將相當被動。碳捕集與封存技術是將燃煤電廠釋放的二氧化碳捕集起來,壓縮,然後埋在巖石或海底,達到減少80-90%碳排放的目的。碳捕集與封存技術的應用將使煤電成本增加21-91%。如果能將捕集的二氧化碳加以利用,比如註入油田增加石油產量,成本可能會降低。第壹個使用碳捕獲和存儲技術的燃煤電廠在德國建成。運營情況尚不明朗。如何處理多余的二氧化碳,人們提出了壹個“異想天開”的解決方案:捕獲並濃縮人類排放的二氧化碳氣體,將其深埋在海底或地下,從而徹底解決溫室氣體造成的全球變暖威脅。

[1],地質印章:

將二氧化碳註入枯竭的油氣儲層和不可開采的甲烷煤層是壹種“增值”儲存方法。實驗研究表明,註入兩倍體積的二氧化碳可以置換兩倍體積的甲烷氣體。世界上有70個油田是註入二氧化碳來提高石油采收率的,這是壹種非常有前景的碳儲存技術。

[2],深海儲存:

深海封存是指將二氧化碳註入深海進行長期封存。大多數二氧化碳將在深海中與大氣隔離幾個世紀。深海封存在國際上還沒有真正采用,也沒有進行試點和論證,目前還處於研究階段。二氧化碳封存面臨的科學問題是,是否有可能通過將大量二氧化碳儲存在地下或深海中來逃逸。樂觀的認為,二氧化碳不需要永久封存,只要自然界的碳循環能夠將大氣中的二氧化碳降低到工業化前的水平即可。從目前來看,人類科技的發展應該是有可能的。中國積極與澳大利亞、英國等技術發達國家開展碳捕集與封存合作,積極開展碳捕集與封存試點項目。2008年7月,中國華能集團與CSIRO正式宣布,在北京建立的燃煤電廠二氧化碳捕集示範工程竣工並投入運行。華能北京熱電廠CO2捕集示範工程位於北京郊區,由華能控股的Xi安熱工研究院設計完成。這是中國首個燃煤電廠煙氣CO2捕集示範項目,預計年回收能力可達3000噸。前述高碑店熱電廠位於北京東郊高碑店,由北京國際電力開發投資公司和華能國際電力開發公司共同出資建設。

2009年3月,神華集團表示,它正在研究利用碳捕獲和儲存技術減少煤制油項目的二氧化碳排放,並正在進行示範項目的研究、開發和評估。該項目是神華集團鄂爾多斯654.38+0萬噸煤制油直接示範項目的配套項目,將大幅減少生產過程中二氧化碳的排放,實現煤炭的清潔利用。研究表明,采用現代煤炭直接液化技術,每生產壹噸成品油將排放約3噸二氧化碳,其中大部分純度較高,捕集成本相對較低。

建築節能:建築智能化的發展方向

中國的能源消耗處於世界前列,建築能耗占社會總能耗的25%。“十壹五”目標中,建築業要實現節能1.01.000億噸標準煤,建築節能總面積達到21.46億平方米。與政府的節能目標相比,目前來看,實現的難度更大。到2008年底,單位GDP能耗降低20%的目標只下降了8.5%,因此政府在未來進壹步完善節能政策仍是當務之急。

CCUS(Carbon Capture,Utilization and Storage),壹種碳捕獲、利用和存儲技術。

CCUS技術是CCS(碳捕集與封存)技術的壹個新的發展趨勢,即將生產過程中排放的二氧化碳凈化後投入到新的生產過程中,可以循環利用,而不是簡單的封存。與CCS相比,它可以回收二氧化碳,產生經濟效益,更加實用。

2065 438+00 7月22日,科技部議程管理中心副主任彭思臻在中國CCS:現狀、挑戰、機遇新聞發布會上表示,當前中國的首要任務是保發展。CCS技術建立在高能耗和高成本的基礎上,不宜在中國大範圍推廣應用,中國應更加重視擴大二氧化碳資源利用技術的研發。他強調:“未來,越來越多的人會用CCUS(碳捕獲、再利用和儲存)取代CCS。對於中國,我們也更喜歡CCUS。”在第三屆中國(太原)國際能源產業博覽會上,CCUS(碳捕獲、利用和儲存)成為熱門話題。中國工程院院士、清華大學教授倪在博覽會上說,“中國的CCUS目前潛力很大,應該盡快啟動”。

二氧化碳的資源化利用技術包括高純度壹氧化碳合成、煙草膨化、肥料生產、超臨界二氧化碳萃取、飲料添加劑、食品保鮮儲藏、焊接保護氣體、滅火器、粉煤運輸、可降解塑料合成、鹽堿水質改善、藻類培養、油田驅油等。其中,合成降解塑料和驅油技術具有廣闊的工業應用前景。二氧化碳降解塑料是完全生物降解塑料,在自然環境中可以完全降解,可用於壹次性包裝材料、餐具、保鮮材料、壹次性醫用材料、地膜等。二氧化碳降解塑料作為環保產品和高科技產品,正成為當今世界研發的熱點。該技術生產的可降解塑料不僅使工業廢氣二氧化碳變成了環境友好的可降解塑料,而且避免了傳統塑料制品對環境的二次汙染。它的發展不僅拓展了塑料的功能,而且在壹定程度上補充了日益枯竭的石油資源。因此,二氧化碳降解塑料的生產和應用,從環境保護和資源循環利用的角度來看,意義重大?。

研究現狀

美國、日本、德國和中國的企業在二氧化碳基聚合物領域做了大量的研發工作。

美利堅合眾國

2010年8月上旬,美國Novomer公司獲得美國能源部(DOE)撥款1840000美元,將加速公司二氧化碳塑料生產線的商業化進程。Novomer的技術使用二氧化碳和環氧丙烷生產聚碳酸亞丙酯(PPC)樹脂。PPC樹脂可用於塗料、表面活性劑、軟硬包裝、纖維等,並可生物降解。

Novomer已經在其合作夥伴伊士曼柯達公司的生產設施中進行了小規模的二氧化碳到塑料的生產。據說用二氧化碳生產塗料和粘合劑用低分子量熱固性多元醇有望在2011實現商業化,高分子量熱塑性聚合物有望在2012實現商業化。

中國

中國企業在利用二氧化碳制造塑料方面壹直處於世界領先地位。早在2007年,江蘇中科金龍化工有限公司就形成了2.2萬噸/年二氧化碳樹脂的生產能力(壹條生產線2000噸/年,壹條生產線2萬噸/年),項目采用了中科院廣州化學所的技術。中科金龍開發了二氧化碳樹脂在塗料、保溫材料、薄膜等領域的應用。中科金龍公司計劃在2065.438+05之前實現二氧化碳樹脂產能65438萬噸/年。

日本

日本研究人員最近開發了壹種新技術,可以將二氧化碳轉化為合成塑料和藥物的碳資源,從而變害為利。二氧化碳的化學性質非常穩定,不易與其他物質發生反應,所以在工業領域只用於生產尿素和聚碳酸酯。東京工業大學教授Nobuji Iwasawa等人發現,碳化合物經過處理後可以與二氧化碳結合,形成新的碳物質。相關論文已發表在新壹期《美國化學學會雜誌》上。

德國

拜耳材料科學公司和兩個合作夥伴獲得了德國政府的資金支持,共同開發基於二氧化碳原料的聚氨酯生產方法。德國聯邦教育和研究部將在未來三年內向該項目投資450多萬歐元,目的是利用廢棄的二氧化碳產品生產聚醚多元醇聚碳酸酯(PPP)。

德國最大的電力公司RWE電力國際公司和位於德國亞琛的亞琛工業大學也將參與這壹由總部位於德國勒沃庫森的拜耳材料科學公司發起的項目。此外,將在勒沃庫森建立壹個使用新技術的試驗工廠。

這壹過程中使用的二氧化碳將來自RWE電力在德國尼德蘭塞姆的工廠,該工廠在壹個煤炭創新中心有壹套二氧化碳洗滌裝置。該工藝生產的PPP材料可用於建築隔熱和輕型汽車零部件。

工業化中遇到的三大問題

二氧化碳制塑料作為二氧化碳化學固定的方向之壹,對實現碳的捕獲、儲存和利用具有重要意義。壹方面,二氧化碳塑料可以在很多領域替代傳統塑料,從而減少傳統塑料生產過程中的碳排放;另壹方面,生產壹噸樹脂消耗約0.4-0.5噸二氧化碳,也體現了二氧化碳資源化利用的經濟價值。用二氧化碳制造塑料類似於強化采油(CO2-EOR),可以減少CO2的排放,給企業帶來效益。

業內人士表示,雖然我國在二氧化碳塑料領域有所突破,但由於種種原因,目前國內二氧化碳降解塑料產業進展緩慢,相關技術的利用也只有中海油這樣的“高端玩家”才能負擔得起。

第壹,成本壓力太大。目前國內成功開發的二氧化碳降解塑料技術有四種,其中三種已經產業化。由於這些項目規模小,目前只能小批量生產,產量低,價格高。此外,項目所需的主要原料之壹環氧丙烷和環氧氯丙烷的價格也很高,再加上新產品推廣成本高,導致二氧化碳降解塑料最終成本高達1.8萬元/噸。隨著石油基塑料價格隨石油價格下跌,二氧化碳降解塑料企業的成本壓力越來越大。

二是投資風險高。“就單位產品投資而言,二氧化碳降解塑料項目投資高於煤制油項目。壹個654.38+0萬噸/年的二氧化碳降解塑料項目,往往需要654.38+0.4億元以上的資金投入。單從經濟效益考慮,項目投資風險很大。”廣州天成生物降解材料有限公司項目經理盧斌說。中海油石化有限公司和內蒙古孟茜高新集團的負責人也坦言,如果不計算節能減排和環保的效益,二氧化碳降解塑料項目根本不賺錢,甚至虧損。

三是需求量小,銷售難。據介紹,二氧化碳降解塑料的價格始終高於石油基塑料1.5~2倍。此外,其熱穩定性、阻隔性和加工性能與石油基塑料存在壹定差距,限制了其僅在少數有特殊要求的領域使用,如食品包裝、醫療保健等,無法在需求巨大的薄膜、農用薄膜等領域推廣應用。而且即使在有限的食品包裝、醫療衛生領域,也面臨著聚乳酸、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯等降解塑料的沖擊和競爭,使得二氧化碳降解塑料的消費市場非常狹窄,產品銷售困難。

二氧化碳合成全降解塑料技術是當今世界的重要熱點之壹。目前市場上的塑料制品大多采用石油制成,成本高,使用後不易降解,汙染環境。使用該技術後,二氧化碳廢氣可代替石油循環使用,直接生產全降解塑料制品。壹方面,這項技術可以減少二氧化碳的排放,節約石油資源;另壹方面,合成塑料可以完全生物降解,可以從根本上解決“白色汙染”的危害,是典型的循環經濟技術模式。二氧化碳驅油是壹種將二氧化碳註入油層以提高原油采收率的技術。二氧化碳首次與地層原油接觸時,不能形成混相,但在適當的壓力、溫度和原油組成條件下,二氧化碳可以形成混相前緣。超臨界流體將從原油中提取較重的碳氫化合物,並在驅替前沿連續濃縮氣體。因此,二氧化碳和原油成為可混溶的液體,形成單壹液相,可有效地將地層原油驅替至生產井。混相驅提高采收率的壹個關鍵參數是天然氣與原油之間的最小混相壓力,它是確定氣驅最佳工作壓力的基礎。壹般來說,因為混相驅比不混相驅能生產更多的原油,所以希望在等於或略高於MMP的水平下進行氣體驅。如果壓力遠高於MMP,容易造成地層壓裂,生產過程的安全性無法保證。這樣壹來,不僅原油產量不能大幅度提高,經濟效益也會降低。二氧化碳驅壹般可提高原油采收率7%~15%,延長油井生產壽命15~20年。

研究現狀

美國是應用二氧化碳驅油研究和試驗最早、最廣泛的國家。自1970以來,美國將二氧化碳註入得克薩斯州的油田,作為提高石油采收率的技術手段(EOR)。到2006年,類似項目已有70多個,每年註入的二氧化碳總量達到2000-3000萬噸,其中約300萬噸來自煤氣化廠和化肥廠的尾氣,大部分收集自天然二氧化碳氣藏。至今仍在使用。CO2-EOR混相驅提高采收率範圍為4% ~ 12%,純CO2註入油藏,占油藏流體體積的10% ~ 45%。與CO2-EOR混相驅項目相比,CO2-EOR非混相驅項目較少。不混相驅油需要380m3CO2驅替1桶原油(760kg/b)。最高采收率可提高20%。

我國大慶油田和江蘇油田開展了驅油研究。1984期間,大慶油田在薩南東部過渡帶進行了二氧化碳驅油現場試驗研究。項目先和國外公司合作,6月結束1993。大慶從1994繼續進行測試,直到1995結束。屆時驅油試驗可能主要考慮增加產油量,缺乏對二氧化碳地下運移富集的監測和研究。

2006年,在中國石油集團領導的支持下,中國石油勘探開發研究院和吉林油田發起組織,聯合中科院地質與地球物理研究所、華中科技大學、北京大學、清華大學、中國石油大學向科技部申請國家973資源利用與溫室氣體地下封存基礎研究項目,並獲得批準。基於中國陸相儲層特點和原油性質,項目組發展和完善了二氧化碳混相驅和埋藏評價等關鍵理論和方法。以減排和利用火山巖天然氣藏開發副產品二氧化碳為目標,初步形成了二氧化碳驅和埋藏的配套技術,並在吉林省大情字井現場試驗中成功應用,為我國利用二氧化碳驅實現溫室氣體減排和資源化利用的工業模式奠定了基礎。

應用前景

二氧化碳驅提高石油采收率和儲存技術已成為實現經濟發展和環境保護雙贏的有效途徑,實現溫室氣體資源化利用和提高油氣采收率的前景令人期待。國內外大量研究和現場應用證明,向油層中註入二氧化碳進行混相驅或不混相驅可以大大提高采收率。據《石油與天然氣》雜誌2010報道,美國利用二氧化碳驅油技術,已生產約15億桶原油。根據美國能源部國家能源技術實驗室(NETL)的評估結果,美國利用二氧化碳驅油增加石油產量的潛力為340億桶。

根據《中國陸上已開發油田第二次提高采收率潛力評價及開發策略研究》(1998)成果,在參與評價的79.9億噸常規稀油油田中,適合CO2驅的原油儲量約為1230萬噸。此外,中國已探明的63.2億噸低滲透油藏儲量中,約有50%未動用。開發這些儲量,二氧化碳驅比水驅有明顯的優勢。

此外,二氧化碳在提高稠油油藏采收率、提高煤層氣和天然氣采收率等領域也有很好的應用前景。具體到中國,當前和未來,二氧化碳減排必須走高效利用之路,二氧化碳驅油強化采油和儲存技術必將有廣闊的應用前景。

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