徐州市二氧化碳排放与减排的思考

向杰 朱丹

引言

随着全球工业化和化石燃料的大量燃烧，人类向大气排放过量温室气体，主要由二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）组成，矿物燃料开采、燃烧及工业生产中的CO2和N2O排放是温室气体的重要来源[1-2]。过量的温室气体排放导致的气候变暖成为全球的共识，其中，二氧化碳作为温室气体的主要来源，受到学者及政府的广泛关注，1990年《联合国气候变化框架公约》标志着气候变化国际合作的开始，之后《京都议定书》和《巴黎协定》的通过和签订，大大推进并落实了这一进程。2020年我国提出将采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。之后，美国、日本、韩国等相继宣布了碳中和目标[3]。徐州市作为苏北最大城市，是江苏省重点规划建设的三大都市圈核心城市和四个特大城市之一，也是典型的资源枯竭型城市，随着近些年的转型发展，生产总值能耗下降，二氧化碳排放形勢有所好转。本文通过资料收集，数据分析，计算徐州市近几年二氧化碳排放量，分析应对“碳中和”的相关措施。

1 二氧化碳排放与气候变化

过量二氧化碳排放导致地球温室效应显著增强，带来全球变暖、海平面上升、极端天气等一系列严峻挑战，从而影响着人类社会的可持续发展。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的评估报告显示，自19世纪中叶以来，海平面上升的速度一直高于过去两千年的平均速率[4]，20世纪以来，全球海平面上升速率约1.5±0.4mm/a，2006年以来，全球海平面上升明显加速，上升速率达3.6mm/a[5]。近100a以来，中国年平均地表温度增幅约0.5～0.8℃，高于全球平均[6]。全球气候持续变暖已是不争的事实。全球气候变化影响着我国中国主要粮食作物种植区农业气候资源，农业气象灾害发生的可能性增加，进一步导致粮食安全生产风险增加[7]。同时，部分流域极端气候、水文事件频率和强度可能增加，影响水资源循环[8]。地质历史时期，气候的急剧变化往往是导致物种大灭绝的罪魁祸首。对于海洋生物而言，受到海水变暖、酸化、含氧量下降影响，海洋环境恶化，部分物种如珊瑚等面临灭绝的威胁，处于同一生物链上的海洋生物也将受到严重影响[9]。对于陆地生物而言，土壤动物群落结构[10]、森林生态系统[11]、鸟类迁徙等都受到不同程度的影响，植物全球变暖将造成生物多样性断崖式下降。

2 工业能源碳排放情况

国际能源署（International Energy Agency）统计资料[12]显示，2018年中国二氧化碳排放总量位居世界第一，为98.10亿吨，同比2017年增长5.64亿吨，增长率达6.1%，高于世界平均。从能源消费来源角度，二氧化碳排放主要由煤、石油和天然气燃烧或者利用产生，天然气虽然燃烧产生二氧化碳较少，但也是碳排放重要的组成部分。煤炭占我国能源消费的主体，也是二氧化碳排放的主要来源，但是随着经济结构和能源结构的逐渐转型，二氧化碳排放强度（每单位GDP二氧化碳排放量）呈持续下降趋势。《2019年江苏省低碳发展报告》显示，2019年全省碳排放强度比2018年下降6.0%，全省单位地区生产总值能耗下降3.2%，超额完成降低3%的约束性目标。

碳排放通常可以系统分为工业能源碳排放、交通碳排放、建筑碳排放、农林类碳排放、居民生活消费碳排放五大行业[13-14]。工业能源消费碳排放量占总排放量的绝大部分，根据徐州市统计年鉴（2016-2019）[15-18]显示，2016年徐州原煤消费量4034万吨，2019年原煤消费3047万吨，同比下降24.47%，而天然气消费量则增长明显，从8695万立方米上升到43505立方米，增长十分显著，反映能源供给消费结构的逐渐调整（图1a）。根据各能源碳排放参考系数[19]结合规模以上工业企业能源消费量可以计算其二氧化碳排放量，值得注意的是碳排放系数和二氧化碳排放系数并不相同，两者存在12：44的比例关系。选取徐州地区主要消耗的原煤、洗精煤、其他洗煤、焦炭、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油气、液化天然气、天然气这11类能源计算二氧化碳排放量。工业能源消费碳排放量从2016年3846.52万吨碳（14116.7万吨二氧化碳）减少至2019年的2894.32万吨碳（10622.2万吨二氧化碳），碳排放量下降显著，降幅达24.75%（图1b）。

进一步探讨徐州市工业行业内部碳排放情况，碳排放量最大的是电力、热力生产和供应业，这与徐州市以火力发电为主的电力结构及冬季供暖特征吻合，其次为黑色金属冶炼和压延加工业，即钢铁冶炼及加工产生的二氧化碳量也较大;从三大产业生产总值来看，第二产业占比41.63%，总体上资源依赖程度较高，形成了对低碳经济发展的制约。整体来看，徐州市二氧化碳排放量较高，低碳城市建设面临不小的挑战。从能源供给与消费结构来看，煤炭在现在及未来较长时间里面，仍然是主体能源，所带来的碳排放不容小觑;其次，工业能源利用率处于较差水平，第二产业与第三产业产值相差不大，低碳经济发展水平较低，产业调整、转型仍然需加快脚步。

4 “碳中和”对策

森林是全球陆地生态系统中最大的碳库和碳汇，森林的固碳作用被认为是实现碳中和的重要手段[20]，中国森林在最近20年里发挥着显著的碳汇作用。森林植物可以通过光合作用将大气中的二氧化碳固定在植被或者土壤中，从而减缓了温室效应。前人研究发现，乔木林面积和单位面积蓄积是区域森林碳储量大小的决定因素，乔木林面积较大的区域碳储量也较大，并且中龄林 > 成熟林 > 近熟林 > 过熟林 > 幼龄林[21]。周伟等[22]对徐州市森林植被碳储量研究表明，2009年徐州市森林植被碳储量6.45 Tg，乔木林是植被碳储量的最主要贡献者，约为同年的碳排放量的1%，森林蓄积量与与固碳量成正相关关系。根据徐州市统计年鉴资料，2006年-2013年，徐州市森林蓄积量增加显著，但2013年-2019年，森林蓄积量虽然有所上升，但增长幅度有限（图2）。2019年底徐州市林地面积2724.96百公顷，国家特别规定灌木林地面积456.07百公顷，四旁树折算面积225.55百公顷，森林覆盖面积3406.58百公顷，森林覆盖率28.26%，林木覆盖率30.51%;2020年，徐州森林覆盖面积3419.26百公顷，森林覆盖率达27.15%;整体上来看，徐州市森林覆盖率高于全省25%的平均水平，主体在27%～30%之间波动，反映增绿逐渐变缓。虽然近些年在森林树种上有所调整，并且随着能源结构和产业调整，二氧化碳排放量下降明显，但受限于徐州地区地理、气候情况，与我国南方地区森林固碳量还有存在不小的差距。因此仅仅通过森林生态系统的固碳作用来实现“碳中和”的目标，为时尚早，很难实现。

中国的高碳经济特征十分明显，大力发展低碳经济是我国未来经济发展战略选择[23-25]。改善能源生产和消费结构，增大天然气等清洁能源占比，完善风能资源利用体系，推进煤炭清洁化利用。同时，完善中国碳交易市场建设，加快纳入碳排放重点行业、企业，鼓励低碳经济发展。大规模的植物造林活动，提高森林覆盖率，通过森林经营、控制毁林等工作，将大量减少碳排放，是实现“碳中和”目标的重要手段。

此外，面对不断恶化的温室效应带来的危机，二氧化碳储集与利用成为解决碳排放量过高的重要途径，目前主要包含为三个方面：二氧化碳收集与储存技术（CCS）、二氧化碳循环利用技术和二氧化碳化学转化技术[26-30]。CCS技术是一个集二氧化碳捕获、运输和封存为一体的系统技术工程，地质封存是目前可以大量封存二氧化碳的技术，是通过二氧化碳注入地下适当地质构造并使其永久封存。目前，适于注入二氧化碳的地质构造包括深部咸水层构造、枯竭油气田、玄武岩含水层。其封存机理具体包括物理隔离作用、水力学机理、化学捕获机制等三个方面[27-28]。二氧化碳地质封存的经济性、有效性、安全性是目前面临的重要问题，其技术体系的发展与成熟尚需一定时间。对徐州市而言，因煤炭去产能政策、经济效益等原因存在较多废弃/关闭煤矿，废弃煤矿采空区、残留煤层、煤柱等也可以作为二氧化碳地质储存目的层。此外，徐州市广泛分布震旦系与寒武系的灰岩层，将二氧化碳注入深部含水灰岩层也是未来可行方案之一。

5 结论

徐州市工业能源消费仍然以煤炭为主，工业能源消费二氧化碳排放量从2016年14116.7万吨二氧化碳减少至2019年的10622.2万吨二氧化碳，排放量下降显著，降幅达24.75%。低碳经济发展水平较低，产业调整、转型仍然需加快脚步。徐州市森林覆盖率高于全省25%的平均水平，主体在27%～30%之间波动，与我国南方地区森林固碳量还有存在不小的差距。因此仅仅通过森林生态系统的固碳作用来实现“碳中和”的目标，为时尚早，很难实现。改善能源生产和消费结构、鼓励低碳经济发展、大规模的植物造林、发展二氧化碳收集与储存技术等是未来徐州市实现“碳中和”的重要举措。

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