低碳经济视角下的造纸工业节能减排
- 2010-05-28 10:05:47612
1 变暖与低碳经济的提出
在人类社会经济发展过程中,大量消耗化石能源,致使地层中沉积碳库的碳以较快的速度流向大气碳库。据统计,在20世纪的100年中,人类共消耗2650亿t煤炭、1420亿t石油,同时排放出大量的温室气体,使大气中二氧化碳浓度在20世纪初的不到300mg/l（ppm,百万分率）上升到目前的接近400mg/l。由于人类向大气排放了过量的以二氧化碳为主的温室气体,从而引发了温室效应、气候变暖,近百年来平均地表温度上升了0.74℃,海平面上升约0.17m,并引起近50年天气气候事件频频发生。如此发展下去，预计在未来20年中,气温大约以每10年0.2℃的速度升高。气候变暖明显地威胁到的生态平衡。为防止气候变暖对人类生存和生态系统造成不利影响，社会制定了《联合国气候变化框架公约》（1994年3月21日正式生效）和《京都议定书》（2005年2月16日正式生效）,强调人类应减少向大气中排放二氧化碳为主的温室气体并增加对大气中温室气体的清除，以稳定大气中温室气体浓度，减缓气候变化的速率，避免给人类和自然生态系统带来不可逆转的负面影响。由此,以低碳经济为基本内涵的社会经济发展模式就提上日程。
我国正处于工业化高速发展期,能源消费处于“高碳消耗”状态。因此，我国深入实践科学发展观,提出将节能减排、推行低碳经济作为国家发展的重要任务。*发布的《2009中国可持续发展战略报告》中提出2020年我国低碳经济的发展目标为单位GDP能耗比2005年降低40%～60%,单位GDP的二氧化碳排放降低50%左右。
低碳经济是低碳发展、低碳产业、低碳技术、低碳生活等一类经济形态的总称。低碳经济以低能耗、低排放、低污染为基本特征,以应对碳基能源对于气候变暖影响为基本要求,以实现经济社会的可持续发展为基本目的。低碳经济的实质在于提升和应用能效技术、节能技术、可再生能源技术、温室气体减排和储存技术,以促进产品的低碳开发和维持的生态平衡。这是从高碳能源时代向低碳能源时代演化的一种经济发展模式。
2 从低碳经济高度审视造纸产业
发展低碳经济,重在发展低碳产业。那么造纸产业在发展低碳经济中能有所作为、能发展成低碳产业吗？
低碳经济的核心指标是碳生产率。“碳生产率”等于经济效益与碳排放量的比值，比值的高低反映单位二氧化碳排放产生的经济效益的大小。低碳产业的重要指标是碳汇率。所谓“碳汇率（carbon-sinks ratio）”，就是一个企业（或一项生产）的“碳汇（carbon-sinks，碳吸收和储存量）”与“碳源（carbon-source，碳产生和排放量）”之比。如果企业的碳汇率大于1，则该企业运行和发展过程中具有低的二氧化碳排放量,当然也是低碳企业。
上有不少学者就木材和造纸产业对发展低碳经济的作用问题进行过许多研究和讨论。有代表性的是联合国粮农组织（FAO）、能源署（IEA）和森林与造纸协会联合会（ICFPA）共同组织的2006年10月在罗马召开的“能源和林产工业研讨会”。会议一致认为，林产工业通过优化原材料使用、提高能效、生产生物质能源和扩大生物质精炼产品的利用范围，可以在减缓气候变化方面起到非常重要的作用。另外,日本《木材工业》2008年第2期刊登了一组系列文章，全面论述了防止变暖与木材利用的关系。纵观国内外研究结果，可以得出几点认识：
（1）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。
（2）木材和纸制品在碳循环过程中是储碳的载体,具有“碳储存效果”。其碳储存作用可以净减少排放的二氧化碳。
（3）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。
（4）现代*的制浆造纸工业是一种典型的低碳工业。例如，W A C té,等人[3]用数学模型对位于德克萨斯州的德克萨卡纳（Texakana）造纸厂从森林培育到制浆造纸整个产业链的碳平衡进行了详细的计算和分析。该纸厂用59%阔叶木和41%针叶木制浆，生产漂白纸浆和纸杯纸。此纸厂的规模较大，年消耗绝干木材原料约130万t，年产纸量约56万t（绝干计）。该厂的能量转换设备有两台动力锅炉和两台余热锅炉,消耗的能源主要为生物质燃料（树皮和制浆黑液）。当用保守（原料林的生长率较低）条件时，计算结果的碳汇率为1.38;按积极（原料林高的生长率）的条件，碳汇率则可达2.81,正常计算结果的碳汇率为1.55。计算结果还显示,在该厂林纸全过程产生和释放的二氧化碳中有23％是由化石燃料产生的，77％由生物质产生的;在制浆造纸工厂产生和释放的二氧化碳中,有19％是由化石燃料产生的，81％则由生物质产生的。又如，我国泰格林纸集团属下湖南骏泰浆纸公司用木材为原料生产40万t/a漂白纸浆，使用的能源100％为生物质燃料（浓缩黑液和树皮、木屑、生物污泥等固体废物）发电供热，正常生产时不需补充化石燃料，更有效地减排二氧化碳和二氧化硫。
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,造纸工业在低碳经济中更具有优势和竞争力。
3 节能减排是发展低碳经济的重要抓手
依照卡亚公式原理,人均“碳足迹”（表示一个区域的“碳耗用量”）取决于人口数量、人均GDP、能源强度和单位能源含碳量等几个变量。因此，降低碳耗用量的有效办法只有降低能源强度（节能）和降低单位能源含碳量（使用新能源）,因而通过“节能”达到“减排”是当前现实和重要的抓手。
当前我国传统的造纸企业是高能耗企业，而且大多数企业消耗的能量是由化石燃料燃烧获得的。造成我国造纸行业能耗高的主要原因有二:一是能量使用的优化程度较低；二是工艺和装备较落后。因此造纸工业节能减排的技术创新和开发工作应在下述方面开展。
3.1 研发造纸企业能量系统诊断与集成优化技术
企业能量系统诊断与集成优化技术是近年发展起来的新型工业节能优化应用技术，它是从系统优化的角度研究企业的能量系统（包括物料系统）。系统节能集成优化技术的全局特性，使得该技术在炼油、化工等过程工业得到快速发展和应用，也使其具有单项节能技术所无法替代的地位，弥补了单项技术分散、不系统的缺陷。华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室正在研发基于“三环节”模型的能量综合优化平台。
3.2 研发造纸企业节能工艺装备关键共性集成技术
节能的工艺与装备技术是生产过程节能的基础。当前重点研发和推广应用的造纸企业节能工艺装备关键共性集成技术主要有：（1）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;（2）低位能能量的利用技术，低能耗打浆技术、低能耗原材料替代技术、强机械脱水节能集成技术、干燥技术、软测量与优化控制技术、变频驱动技术应用;（3）过程余热回收集成技术等。
国内许多研究机构和大型企业对上述课题都在进行研究开发和推广工作。
4 认识
（1）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，推动制定有利于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）节能减排是当前发展低碳经济的重要抓手。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。