劉煥彬 李繼庚 陶勁松

(華南理工大學(xué)制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州,510640)

發(fā)展低碳造紙工業(yè)的幾點(diǎn)思考

劉煥彬 李繼庚 陶勁松

(華南理工大學(xué)制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州,510640)

討論了發(fā)展低碳造紙工業(yè)的幾個(gè)問(wèn)題,包括為什么要發(fā)展低碳造紙工業(yè),低碳造紙工業(yè)的發(fā)展模式與標(biāo)準(zhǔn),造紙工業(yè)產(chǎn)品的碳排放強(qiáng)度計(jì)算,造紙工業(yè)的碳源與碳匯計(jì)算,林紙一體化與低碳造紙企業(yè)以及重點(diǎn)低碳技術(shù)的研發(fā)建議。

低碳造紙工業(yè);碳排放強(qiáng)度;碳源;碳匯;低碳技術(shù)

為了人類的可持續(xù)發(fā)展和應(yīng)對(duì)全球氣候變暖問(wèn)題,發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)已成為全球的共識(shí)。2009年 11月國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議決定,到 2020年,我國(guó)單位 GDP碳排放強(qiáng)度比 2005年要下降 40%～45%,無(wú)碳 (清潔)能源比例要達(dá)到 15%左右,森林面積和蓄積量分別比 2005年增加 4000萬(wàn) hm2和 13億 m3,而且把上述目標(biāo)作為約束性指標(biāo)納入 “十二五”規(guī)劃。為此,國(guó)家要積極發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)和循環(huán)經(jīng)濟(jì),研發(fā)和推廣低碳技術(shù),制訂國(guó)內(nèi)低碳經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測(cè)、考核辦法。“十二五”期間,我國(guó)將加大節(jié)能減排和控制“低碳”的力度,所有高能耗和高碳排放量的產(chǎn)業(yè)(包括造紙產(chǎn)業(yè))都會(huì)面臨巨大的“低碳”壓力。

1 主動(dòng)發(fā)展低碳造紙工業(yè)[1]

我國(guó)必須著力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)有以下 3個(gè)理由：

(1)人類可持續(xù)發(fā)展的需要。自工業(yè)革命以來(lái),人類大量使用化石燃料,排放的 CO2等溫室氣體引起溫室效應(yīng),從而使地球變暖。近百年來(lái),全球平均地表溫度上升了 0.74℃,海平面約上升 0.17 m,并且近 50年中極端天氣氣候事件頻頻發(fā)生,這些事件明顯地威脅到全球的生態(tài)平衡,危及人類的生存和繁衍,引起了國(guó)際社會(huì)的高度關(guān)注。專家預(yù)計(jì),如此發(fā)展下去,未來(lái) 20年,氣溫大約以每 10年 0.2℃的速度升高。應(yīng)對(duì)全球變暖,就要各國(guó)共同行動(dòng),從根本上大幅削減 CO2等溫室氣體的排放量,于是 “低碳經(jīng)濟(jì)”應(yīng)運(yùn)而生。低碳經(jīng)濟(jì)是指經(jīng)濟(jì)發(fā)展低碳化,即經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中少用化石能源和資源,減少 CO2排放量,以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

(2)進(jìn)入經(jīng)濟(jì)全球化和適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要。我國(guó)的經(jīng)濟(jì) (包括造紙工業(yè))已融進(jìn)了經(jīng)濟(jì)全球化的大家庭。發(fā)達(dá)國(guó)家在倡導(dǎo)低碳經(jīng)濟(jì)的同時(shí),正在積極地為開(kāi)征 “碳關(guān)稅”、實(shí)施國(guó)際貿(mào)易 “碳壁壘”做準(zhǔn)備。歐盟正在制訂“碳關(guān)稅”等碳壁壘政策和立法。國(guó)際市場(chǎng)的碳壁壘己經(jīng)開(kāi)始產(chǎn)生影響,如蘋果、樂(lè)購(gòu)、沃爾瑪?shù)葰W美巨頭已要求我國(guó)的供應(yīng)商在產(chǎn)品上要有 “碳標(biāo)簽”,要進(jìn)行 “碳盤查” (生產(chǎn)企業(yè)是否有碳排放量清單,是否達(dá)到國(guó)外的碳排放量標(biāo)準(zhǔn))。因此,發(fā)展中國(guó)家的高碳產(chǎn)品要進(jìn)入發(fā)達(dá)國(guó)家,要么被征收高額的碳關(guān)稅,要么難以進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。專家估測(cè),實(shí)施碳關(guān)稅后,我國(guó)出口產(chǎn)品的關(guān)稅將平均增加 10%以上。另外,實(shí)施低碳,節(jié)能減排,企業(yè)的產(chǎn)品成本將會(huì)下降,將獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)國(guó)家在世界政治博弈中的需要。近年來(lái),“低碳”已成為以美國(guó)為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家爭(zhēng)利的政治大棒,低碳暗戰(zhàn),已暗流洶涌。我國(guó)能耗 “被第一”,發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)我國(guó)布下減排的天羅地網(wǎng),企圖用低碳大捧扼制我國(guó)的發(fā)展。

低碳經(jīng)濟(jì)是低碳發(fā)展、低碳產(chǎn)業(yè)、低碳技術(shù)、低碳生活等經(jīng)濟(jì)形態(tài)的總稱。作為與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)且被認(rèn)為是高能耗的造紙工業(yè),必將 “被低碳”。我們必須主動(dòng)而不是被動(dòng)地適應(yīng)低碳經(jīng)濟(jì),適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),積極主動(dòng)地發(fā)展低碳造紙工業(yè)。

2 低碳造紙工業(yè)的發(fā)展模式與標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前,國(guó)際上雖然尚未有統(tǒng)一的低碳評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,但有 2個(gè)評(píng)判原則和 3個(gè)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)被普遍認(rèn)可。

2.1 2個(gè)評(píng)判原則

2個(gè)基本評(píng)判原則是既要發(fā)展,又要低碳,即發(fā)展要低碳,低碳為發(fā)展。低碳分為相對(duì)低碳和絕對(duì)低碳兩種。絕對(duì)低碳是指碳排放量實(shí)現(xiàn)零增長(zhǎng)或負(fù)增長(zhǎng),相對(duì)低碳是指碳排放量的增長(zhǎng)速率低于 GDP的增長(zhǎng)速率。發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)過(guò)程中,一個(gè)國(guó)家在 GDP增長(zhǎng)的同時(shí),必須減少碳的排放量。一個(gè)產(chǎn)業(yè)在增產(chǎn)保質(zhì)的同時(shí),必須減少生產(chǎn)過(guò)程的碳排放量。

2.2 3個(gè)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)

第一個(gè)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)是碳匯率,所謂碳匯率 (carbon-sinks ratio)就是一個(gè)企業(yè) (或一項(xiàng)生產(chǎn))的碳匯 (carbon-sinks,碳吸收和儲(chǔ)存量)與碳源 (carbon-source,碳產(chǎn)生和排放量)之比。如果企業(yè)的碳匯率大于或等于 1,則該企業(yè)運(yùn)行和發(fā)展過(guò)程中無(wú)碳排放,是絕對(duì)低碳企業(yè)。

式中：Rsinks為碳匯率; Csinks為碳匯; Csource為碳源。

第二個(gè)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)是碳排放強(qiáng)度,即單位 GDP的碳排放量或單位產(chǎn)品的碳排放量。

第三個(gè)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)是碳生產(chǎn)率,即單位碳排放量所產(chǎn)生的效率。

碳排放強(qiáng)度指標(biāo)主要是用來(lái)衡量一個(gè)國(guó)家 (地區(qū))或企業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)同碳排放量增長(zhǎng)之間的關(guān)系,如果在經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí),單位國(guó)民生產(chǎn)總值所帶來(lái)的CO2排放量下降,那么說(shuō)明該國(guó) (地區(qū))就實(shí)現(xiàn)了低碳的發(fā)展模式。同理,如果一個(gè)企業(yè)在產(chǎn)品產(chǎn)量增長(zhǎng)的同時(shí),單位產(chǎn)品的 CO2排放量下降,那么說(shuō)明該企業(yè)也實(shí)現(xiàn)了低碳的發(fā)展模式。因此,發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)不是限制高能耗產(chǎn)業(yè) (如鋼鐵、石化、造紙等產(chǎn)業(yè))的發(fā)展。只要這些產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的,而且技術(shù)水平處在國(guó)際先進(jìn)水平或國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平,在產(chǎn)品產(chǎn)量增長(zhǎng)的同時(shí),單位產(chǎn)品的 CO2排放量下降,就符合低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的要求。

要強(qiáng)調(diào)的是,某企業(yè)從縱向比方向考慮,可能已走向了低碳的發(fā)展模式,即產(chǎn)品的碳排放強(qiáng)度下降,但是不一定能通過(guò)國(guó)家的考核,產(chǎn)品也不一定能出口到發(fā)達(dá)國(guó)家。這是因?yàn)閲?guó)家會(huì)制訂產(chǎn)品碳排放強(qiáng)度的限制性指標(biāo),國(guó)際上有些國(guó)家會(huì)制訂必須達(dá)到的產(chǎn)品碳排放強(qiáng)度指標(biāo)。

3 造紙工業(yè)產(chǎn)品的碳排放強(qiáng)度計(jì)算

從式 (1)～式 (5)可以看出,造紙工業(yè)產(chǎn)品的碳排放強(qiáng)度,是評(píng)判造紙企業(yè)是否符合低碳造紙工業(yè)發(fā)展模式的重要數(shù)據(jù)和前提。當(dāng)前,迫切需要開(kāi)展相關(guān)碳減排的計(jì)算和評(píng)價(jià)方法的研究,為我國(guó)造紙工業(yè)減排方案論證和實(shí)施提供決策支持。其中,建立和使用正確的 CO2排放量計(jì)算方法是進(jìn)行碳源和碳匯匹配以及制訂減排方案的重要依據(jù)。

CO2排放量的計(jì)算方法可以分為 IPCC系數(shù)法和物料衡算法兩大類[2-4]。

IPCC系數(shù)法是聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì) (The Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)提出的計(jì)算方法。其特點(diǎn)是采用《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》推薦的排放因子數(shù)值去計(jì)算 CO2排放量,方法簡(jiǎn)單,常用于統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

IPCC系數(shù)法的 CO2排放量計(jì)算如式 (6)和式(7)所示。

式中：QCO2為 CO2排放量 (kg);Ei為某種燃料能源的消費(fèi)總量 (TJ);Ki為某種燃料能源的 CO2排放因子 (kg/TJ),Ki包含碳氧化因子,假設(shè)為 1;E為燃料能源的消費(fèi)總量 (TJ),化為標(biāo)煤計(jì)算;K為標(biāo)煤的 CO2排放因子 (kg/TJ),K包含碳氧化因子,假設(shè)為 1。

《2006年 IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》給出了工業(yè)能源中主要燃料的 CO2排放因子,如表 1所示。

表1 工業(yè)能源中主要燃料的 CO2排放因子

根據(jù)式 (7)可計(jì)算出燃燒每噸標(biāo)煤排放的CO2量：

有文獻(xiàn)用碳排放量為單位 (tC/tce)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算,它們的互算關(guān)系式為：

上述算法雖然簡(jiǎn)單方便但忽略了燃燒過(guò)程中留在灰燼、顆?；驘熁抑袣埩舻奶?并假定燃料中含的碳完全氧化 (碳氧化因子等于 1),而且表 1中所列CO2排放因子是國(guó)外機(jī)構(gòu)根據(jù)國(guó)外的電廠及燃燒情況研究出來(lái)的,與我國(guó)國(guó)情不是完全相符,這種國(guó)際化的 CO2排放因子計(jì)算只可參考使用。

IPCC考慮到各國(guó)使用的燃料類型、成分、燃燒條件、負(fù)載、控制技術(shù)和技術(shù)設(shè)備發(fā)展?fàn)顩r等多種情況不同,允許各國(guó)指定本國(guó)的 CO2排放因子,代表本國(guó)的評(píng)價(jià)排放水平。這樣更加符合本國(guó)國(guó)情,計(jì)算的 CO2排放量更加準(zhǔn)確和合理。但我國(guó)目前還未有統(tǒng)一的計(jì)算 CO2排放源強(qiáng)度的方法,還未確定符合我國(guó)國(guó)情的 CO2排放因子。因此,需要進(jìn)一步對(duì)我國(guó)各行業(yè)集中 CO2排放源進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和總結(jié),使CO2排放因子更加合理。為統(tǒng)計(jì)我國(guó) CO2排放量和制訂減排措施提供可靠依據(jù),國(guó)家發(fā)改委能源研究所推薦的碳排放系數(shù)為 0.67 tC/tce(2.46 t CO2/tce)。日本能源經(jīng)濟(jì)研究所推薦值為0.68 tC/tce,美國(guó)能源部能源信息署推薦值為 0.69 tC/tce。該系數(shù)與火電廠的發(fā)電煤耗息息相關(guān),發(fā)電煤耗降低,CO2排放系數(shù)自然也有所降低。筆者認(rèn)為,根據(jù)我國(guó)造紙企業(yè)熱電聯(lián)供鍋爐的熱效率現(xiàn)狀,在國(guó)家未有統(tǒng)一規(guī)定之前,使用 2.30 t CO2/t標(biāo)煤 (0.63 tC/tce)為當(dāng)前造紙工業(yè)的 CO2排放因子去計(jì)算 CO2排放量可能比較合理。

某造紙廠年產(chǎn) 36萬(wàn) t涂布白紙板,其噸紙綜合能耗為 0.48 tC/t紙,則該廠的 CO2排放強(qiáng)度為：

0.48(tC/t紙 ) ×2.3(tCO2/tce)=1.104(tCO2/t紙 )。

該廠每年 CO2排放總量為：

1.104(t CO2/t紙 ) ×36(萬(wàn) t紙 /a) =39.74(萬(wàn)t CO2/a)。

用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) (碳排放系數(shù) 2.55 t CO2/tce)計(jì),則該廠每年 CO2排放總量為：

0.48×2.55×36=44.06(萬(wàn) tCO2/a)

如果用物料衡算法計(jì)算 CO2排放量,結(jié)果較準(zhǔn)確,但計(jì)算過(guò)程較復(fù)雜,可在企業(yè)內(nèi)需要較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)時(shí)使用[4]。

4 林紙一體化與低碳造紙企業(yè)

縱觀國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果可知[5]： (1)可再生木材資源是今后人類充分依賴的資源,木材、紙和紙板是可再生和可循環(huán)使用的產(chǎn)品,林產(chǎn)和制漿造紙工業(yè)可以擴(kuò)大生物質(zhì)能源的使用,減少對(duì)化石燃料的依賴,減少 CO2的排放量。 (2)木材和紙制品在碳循環(huán)過(guò)程中是儲(chǔ)碳的載體,具有碳儲(chǔ)存 (碳匯)效果。其碳儲(chǔ)存作用可以減少的 CO2排放量。 (3)在木材的生命周期內(nèi),林地剩余材、加工剩余材、產(chǎn)品廢材及循環(huán)利用材等林產(chǎn)品,以及制漿造紙業(yè)等林產(chǎn)工業(yè)所產(chǎn)生的廢棄物,如黑液、邊皮木屑等都可有效利用為生物質(zhì)能源,替代化石燃料。因此,現(xiàn)代先進(jìn)的制漿造紙工業(yè)可能是一種典型的低碳工業(yè)。

林紙一體化的現(xiàn)代制漿造紙工業(yè)是否能成為一種絕對(duì)低碳產(chǎn)業(yè)?

林紙一體化的企業(yè)系統(tǒng)中碳源和碳匯流見(jiàn)圖 1,用式 (9)～式 (11)可計(jì)算出其碳源和碳匯。

式中：Csource A為企業(yè)外供化石能源排放的碳;

Csource B為企業(yè)內(nèi)植物生物質(zhì)腐爛排放的碳;

CsourceC為回收企業(yè)內(nèi)生物質(zhì)能源 (樹(shù)皮、黑液等)排放的碳;

CsinksA為企業(yè)林場(chǎng)樹(shù)木生長(zhǎng)吸收的碳 (固碳);

CsinksB為紙和紙板中可存儲(chǔ)的碳。

圖1 林紙一體化企業(yè)碳流圖

絕對(duì)低碳造紙企業(yè)的唯一條件是碳匯率等于或大于1。

典型案例：W.A.C?té等[6]用數(shù)學(xué)模型對(duì)位于美國(guó)德克薩斯州的德克薩卡納 (Texakana)造紙廠的從森林培育到制漿造紙整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈 (林紙一體化)的碳平衡進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算和分析。該紙廠用 59%闊葉木和 41%針葉木制漿,生產(chǎn)漂白漿和紙杯紙,成紙以卷筒的形式送至各個(gè)地區(qū)生產(chǎn)牛奶、果汁紙盒以及各種紙杯。此紙廠的規(guī)模較大,年消耗絕干木材原料約 130萬(wàn) t,年產(chǎn)紙量 55.7萬(wàn) t(以絕干計(jì))。該廠的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備有 2臺(tái)動(dòng)力鍋爐和 2臺(tái)余熱鍋爐,消耗的能源主要為生物質(zhì)燃料 (樹(shù)皮和制漿黑液)。根據(jù)提供的相關(guān)數(shù)據(jù),整理出該廠的碳匯及碳源數(shù)據(jù),如表 2所示。

根據(jù)式 (9)～式 (11)和表 2數(shù)據(jù)計(jì)算出該企業(yè)碳匯率：

表2 德克薩卡納造紙廠的碳匯及碳源數(shù)據(jù) 萬(wàn) tC

從自然生態(tài)學(xué)角度分折,生物質(zhì)燃料燃燒產(chǎn)生的CO2是自然界植物光合作用吸收后可循環(huán)的,而產(chǎn)生溫室效應(yīng)的溫室氣體主要是由化石燃料產(chǎn)生的 CO2。根據(jù)京都協(xié)議的核算規(guī)則,在統(tǒng)計(jì)碳排放量時(shí)不統(tǒng)計(jì)生物質(zhì)燃料的碳排放量。因此,增加生物質(zhì)燃料的比例,減少化石燃料,也就減少了碳排放的統(tǒng)計(jì)量。因此,按京都協(xié)議的核算規(guī)則,該企業(yè)的碳匯率為：

Rsinks=Csinks/Csource=150.8/(97.3-41.0)=2.68

計(jì)算結(jié)果表示,該企業(yè)碳匯率大于 1,過(guò)程中被固定的碳比排放的碳多,是典型的絕對(duì)低碳企業(yè)。從圖 1和計(jì)算過(guò)程可知,林紙一體化企業(yè)要成為絕對(duì)低碳企業(yè)要具備 2個(gè)基本條件： (1)必須有滿足生產(chǎn)紙漿需求的足夠林業(yè)基地。本案例中,其林業(yè)基地有按 3.5年成林計(jì)算的森林面積。因?yàn)槌砷L(zhǎng)中林木的固碳作用是企業(yè)的主要碳匯。 (2)必須有充分利用樹(shù)皮、木屑、黑液和污泥等生物質(zhì)能源的技術(shù)裝備,減少化石能源消耗。案例中,由生物質(zhì)腐爛造成的碳排放的比例較高,如能充分利用其轉(zhuǎn)變?yōu)樯镔|(zhì)能源(如回收沼氣、污泥中的能源等),可進(jìn)一步減少化石能源的消耗量。

上述計(jì)算和分析表明,國(guó)家應(yīng)大力支持發(fā)展林紙一體化造紙企業(yè)。這不僅可加大林業(yè)的投資,有利于完成增加森林面積的任務(wù),而且可以促進(jìn)可持續(xù)林業(yè)(固碳林)的發(fā)展和林業(yè)的相對(duì)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì);不僅可以增加我國(guó)木漿產(chǎn)量以加速造紙工業(yè)的發(fā)展和增加紙制品的碳儲(chǔ)存,而且可以增加生物質(zhì)能源的利用?？傊?發(fā)展林紙一體化造紙企業(yè)是國(guó)家發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)過(guò)程中一舉四得的措施。

5 相對(duì)低碳造紙企業(yè)的碳平衡計(jì)算

我國(guó)大多數(shù)造紙企業(yè)是用漿板或廢紙?jiān)旒?。廢紙?jiān)旒埰髽I(yè)的碳流圖見(jiàn)圖 2。碳平衡、碳源與碳匯的計(jì)算如式 (12)～式 (24)所示。

5.1 碳平衡計(jì)算

己知紙和紙板產(chǎn)量為 GP(按單位紙和紙板產(chǎn)量,即噸紙和紙板計(jì)),則由碳平衡得：

其中,Gp為單位紙和紙板產(chǎn)量 (t);Gw為廢紙用量 (t/t紙);kC1為廢紙?zhí)己?(tC/t紙);kC2為紙和紙板碳含量 (tC/t紙);k1,k2分別為制漿和造紙得率 (%);k3為廢棄物中已利用的生物質(zhì)能量的比例 (%);C1為廢紙帶入系統(tǒng)的碳量 (t);C2為制漿廢棄物中的碳量 (t);C3為廢紙漿中的碳量(t);C4為造紙廢棄物中的碳量 (t);C5為紙制品中的碳量 (t);C6為廢棄物中的總碳量 (t);C7為廢棄物中已利用生物質(zhì)能量的碳量 (t);C8為腐爛廢棄物中的碳量 (t);Ein為生產(chǎn)過(guò)程中消耗的化石(外供)能源量 (tce/t紙)。

5.2 碳源的計(jì)算

由圖 2可知,過(guò)程的總碳源有 3個(gè),即外供化石能源的碳排放 (0.69Ein,按燃燒噸標(biāo)煤的排碳量為0.69 t的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)計(jì))、廢棄物已用的生物質(zhì)能源的碳排放 (C7)和廢棄物腐爛的碳排放 (C8)：

根據(jù)京都協(xié)議計(jì)算原則,生物質(zhì)燃料產(chǎn)生的碳排放不計(jì)入碳源,則造紙過(guò)程的碳源為：

由式 (21)和式 (22)可知,減少造紙過(guò)程碳排放的主要措施有 2個(gè)：①提高能源利用率,減少化石能源消耗;②增加廢棄物中生物質(zhì)能源的利用比例,既可減少化石能源的碳排放,又可減少腐爛的碳排放。

5.3 碳匯的計(jì)算

用廢紙為原料的造紙過(guò)程的碳匯計(jì)算稍為復(fù)雜。根據(jù)《2006年 IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南 (第三卷)》紙和紙板使用的半衰期為 2年,可以認(rèn)為用于造紙的廢紙中的碳含量如果不用于循環(huán)造紙,則當(dāng)年將有 1/4廢紙中的碳含量會(huì)通過(guò)腐爛或其他形式成為碳排放 (碳源),另外 3/4仍處于碳存儲(chǔ) (碳匯)階段。但是用廢紙?jiān)旒埖募埡图埌逯刑己縿t全部為碳存儲(chǔ) (碳匯)狀態(tài)。據(jù)此,用廢紙為原料的造紙過(guò)程的碳匯可用式 (23)計(jì)算：

5.4 計(jì)算案例

某紙廠用 100%廢紙生產(chǎn)新聞紙,噸紙能耗(Cin)為 0.3 tce/t紙,設(shè)廢紙與紙和紙板中碳含量kC1=kC2=0.5 tC/t紙,廢紙制漿得率 k1=85%,造紙得率 k2=98%。設(shè)廢棄物中生物質(zhì)能源利用比為30%,則該造紙過(guò)程的單位紙和紙板產(chǎn)品總碳源為：

不計(jì)生物質(zhì)能源排碳量則為：

該造紙過(guò)程的單位紙和紙板產(chǎn)品總碳匯為：

6 發(fā)展低碳造紙工業(yè)的關(guān)鍵

從國(guó)家層面上講,主要通過(guò)兩個(gè)途徑和四大舉措發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)以減少大氣中 CO2含量,如圖 3所示。通過(guò)增加可再生 (新)能源 (太陽(yáng)能、水能、風(fēng)能、核能、生物質(zhì)能等)的比例和節(jié)能減排等措施,減少向大氣中排放化石燃料產(chǎn)生的 CO2量,即減少碳源。通過(guò)增加森林面積與木材蓄積量把大氣中的 CO2儲(chǔ)存在樹(shù)木中 (生物固碳)和通過(guò)固碳技術(shù)把 CO2儲(chǔ)存起來(lái),即增加碳匯。

圖3 發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的途徑和舉措

造紙工業(yè)與國(guó)家實(shí)施低碳經(jīng)濟(jì)的四大舉措都有關(guān)系。林紙一體化有利于固碳林的建設(shè)和發(fā)展,紙和紙板是一種儲(chǔ)碳產(chǎn)品,在滿足了社會(huì)各種需求的同時(shí)儲(chǔ)存了碳。制漿造紙過(guò)程中,在利用植物纖維造紙的同時(shí),可充分利用生物質(zhì)能源,減少化石能源的使用。

為了低碳造紙工業(yè)的構(gòu)建和發(fā)展,筆者建議國(guó)家在“十二五”規(guī)劃中重視和支持下述造紙低碳技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)：

(1)研究和制訂造紙企業(yè)能量系統(tǒng)和碳足跡的計(jì)算和診斷方法。筆者在對(duì)造紙企業(yè)能量系統(tǒng)和碳足跡的計(jì)算方法所做的初步探討過(guò)程中發(fā)現(xiàn),在計(jì)算方法和參數(shù)的選取上還有許多需要深入研討的課題。

(2)制漿造紙過(guò)程中,研究和開(kāi)發(fā)生物質(zhì)剩余物 (樹(shù)皮、木屑、黑液、污泥、沼氣等)能源的高效轉(zhuǎn)化和利用技術(shù),特別是污泥脫水和利用技術(shù),增大生物質(zhì)能源替代化石能源的比例。

(3)應(yīng)用低碳經(jīng)濟(jì)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理與物料、能量與碳綜合衡算方法,重新審視草類制漿,特別是農(nóng)業(yè)廢棄物 (稻草、麥草、蔗渣)制漿的利弊。研發(fā)相關(guān)技術(shù),突破關(guān)鍵技術(shù),適當(dāng)發(fā)展草類制漿,以適應(yīng)我國(guó)造紙工業(yè)不斷發(fā)展原生漿的需要。我國(guó)非木漿在總漿耗中以及在原生漿中的比例分別為 18%和66%。經(jīng)過(guò)我國(guó)科技工作者 50多年的科學(xué)研究和工業(yè)實(shí)踐,草類制漿已有深厚的技術(shù)積累[8]。我國(guó)有豐富的稻麥草原料,這些農(nóng)業(yè)廢棄物已成為碳排放源之一,將其用于制漿造紙不僅有利于提高農(nóng)民收入,還有利于碳存儲(chǔ)增加碳匯,減少碳排放,有利于造紙工業(yè)的發(fā)展。

(4)研發(fā)造紙工業(yè)低碳發(fā)展和節(jié)能減排的關(guān)鍵共性技術(shù)。節(jié)能減排是發(fā)展低碳造紙工業(yè)的重要抓手。節(jié)能減排關(guān)鍵技術(shù)和共性技術(shù)的突破,將推動(dòng)造紙行業(yè)的發(fā)展,受益面廣,還將帶動(dòng)一批新的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。造成我國(guó)造紙工業(yè)能耗高的主要原因有：①能量使用的優(yōu)化程度較低;②工藝和設(shè)備技術(shù)較落后。造紙工業(yè)節(jié)能減排的技術(shù)創(chuàng)新和開(kāi)發(fā)工作應(yīng)該從下述兩個(gè)方面開(kāi)展：①研發(fā)造紙企業(yè)能量系統(tǒng)診斷與集成優(yōu)化和過(guò)程智能控制信息化技術(shù),包括應(yīng)用“三環(huán)節(jié)”理論,研發(fā)造紙過(guò)程能量系統(tǒng)診斷與綜合優(yōu)化技術(shù)與平臺(tái),研發(fā)面向過(guò)程優(yōu)化控制系統(tǒng)的集成優(yōu)化信息系統(tǒng),協(xié)調(diào)集成局部過(guò)程優(yōu)化控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)企業(yè)橫向的能量系統(tǒng)全局優(yōu)化控制,集成管理信息系統(tǒng)和過(guò)程控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)企業(yè)縱向的能量系統(tǒng)優(yōu)化管理和優(yōu)化節(jié)能。②研發(fā)造紙企業(yè)節(jié)能工藝裝備關(guān)鍵共性集成技術(shù),包括熱、電、冷三聯(lián)供優(yōu)化耦合技術(shù),蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)能量梯級(jí) (多級(jí))利用技術(shù);能量三環(huán)節(jié)(能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、利用環(huán)節(jié)和回收環(huán)節(jié))之間各級(jí)能流的耦合與最優(yōu)匹配技術(shù);低位能能量的利用技術(shù);低能耗工藝與裝備技術(shù);過(guò)程余熱回收技術(shù)等。

隨著低碳經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)和發(fā)展,我們應(yīng)該用低碳經(jīng)濟(jì)的理念、站在低碳經(jīng)濟(jì)的高度審視我國(guó)造紙產(chǎn)業(yè),賦予新的概念和認(rèn)識(shí),構(gòu)建低碳造紙產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式,推動(dòng)制訂有利于發(fā)展低碳造紙產(chǎn)業(yè)的政策法規(guī)。應(yīng)該加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合,研究開(kāi)發(fā)造紙產(chǎn)業(yè)的低碳和節(jié)能減排共性關(guān)鍵技術(shù),提高低碳和節(jié)能減排技術(shù)水平,使我國(guó)造紙工業(yè)真正成為低碳行業(yè),為發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)作出貢獻(xiàn)。

[1] 聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)計(jì)劃署.中國(guó)人類發(fā)展報(bào)告：邁向低碳經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)未來(lái)[R].北京：中國(guó)對(duì)外翻譯出版公司,2010.

[2] 聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì).2006年 IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南(中文版)[R].日本全球環(huán)境戰(zhàn)略研究所,2006.

[3] 國(guó)家發(fā)展改革委應(yīng)對(duì)氣候變化司.關(guān)于公布 2009年中國(guó)區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子的公告 [R/OL].http：//xmecc.xmsme.gov.cn/2010—8/2010831103404.htm.

[4] 尹曉娜,王 波,李 冬,等.溫室氣體 CO2排放源強(qiáng)計(jì)算方法探討[C]//中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì) 2010年學(xué)會(huì)年會(huì).上海,2010.

[5] 劉煥彬.低碳經(jīng)濟(jì)視角下的造紙工業(yè)節(jié)能減排[J].中華紙業(yè),2009,30(12)：10.

[6] C?té W A,Young R J,Risse KB.A Carbon Balance Method for Paper and Wood Products[J].Environmental Pollution, 2001,116：81.

[7] Kenneth Mollersten,Lin Gao,Jinyue Yan,et al.Efficient Energy Systems with CO2Capture and Storage from Renewable Biomass in Pulp and Paper Mills[J].Renewable Energy,2004,29：1583.

[8] 李忠正.我國(guó)近年草類原料制漿技術(shù)進(jìn)步之我見(jiàn)[J].中國(guó)造紙學(xué)報(bào),2010(增刊)：25.

(責(zé)任編輯：陳麗卿)

Some Thought on Developing Low-carbon Paper Industry

L IU Huan-bin＊L IJi-geng TAO Jin-song
(State Key Lab of Pulp and Paper Engineering,South China University of Technology,Guangzhou,Guangdong Province,510640)( ＊ E-mail：hbliu@scut.edu.cn)

The issue about how to develop low-carbon paper industry are discussed,the reason of developing low-carbon paper industry,the model and standard of low-carbon paper industry,calculation of the carbon emission intensity of paper products,calculation of the carbon source and carbon sinks of paper industry;effect of integrated forest-paper industry on low-carbon paper industry are included.Finally research and development of the key technologies for low-carbon paper industry are proposed.

low-carbon paper industry;carbon emission intensity;carbon-source;carbon-sinks;low-carbon technologies

TS7

A

0254-508X(2011)01-0051-06

劉煥彬先生,教授,博士生導(dǎo)師,俄羅斯工程院外籍院士;主要從事制漿造紙工程、過(guò)程數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)模擬、清潔生產(chǎn)和節(jié)能減排等方向的教學(xué)與科研工作。

2010-10-10