在國(guó)家大力推動(dòng)和企業(yè)積極參與下，節(jié)能減排逐步成為我國(guó)造紙行業(yè)的共識(shí)，并取得了明顯的效果。為什么要實(shí)施節(jié)能減排？很多人說(shuō)因?yàn)槟茉淳o缺且價(jià)高所以要“節(jié)能”，因?yàn)樵旒埞I(yè)污染嚴(yán)重所以要“減排”。但是“節(jié)能減排”還有更深刻的含義、更重要的意義嗎？本文從低碳經(jīng)濟(jì)角度去審視造紙工業(yè)節(jié)能減排的作用和意義。
劉煥彬 華南理工大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師
劉煥彬 華南理工大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師
1 全球變暖與低碳經(jīng)濟(jì)的提出
在人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中,大量消耗化石能源,致使地層中沉積碳庫(kù)的碳以較快的速度流向大氣碳庫(kù)。據(jù)統(tǒng)計(jì),在20世紀(jì)的100年中,人類共消耗2650億t煤炭、1420億t石油,同時(shí)排放出大量的溫室氣體,使大氣中二氧化碳濃度在20世紀(jì)初的不到300mg/l(ppm,百萬(wàn)分率)上升到目前的接近400mg/l。由于人類向大氣排放了過(guò)量的以二氧化碳為主的溫室氣體,從而引發(fā)了溫室效應(yīng)、全球氣候變暖,近百年來(lái)全球平均地表溫度上升了0.74℃,海平面上升約0.17m,并引起近50年極端天氣氣候事件頻頻發(fā)生。如此發(fā)展下去，預(yù)計(jì)在未來(lái)20年中,氣溫大約以每10年0.2℃的速度升高。全球氣候變暖明顯地威脅到全球的生態(tài)平衡。為防止氣候變暖對(duì)人類生存和生態(tài)系統(tǒng)造成不利影響，國(guó)際社會(huì)制定了《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》(1994年3月21日正式生效)和《京都議定書》(2005年2月16日正式生效),強(qiáng)調(diào)人類應(yīng)減少向大氣中排放二氧化碳為主的溫室氣體并增加對(duì)大氣中溫室氣體的清除，以穩(wěn)定大氣中溫室氣體濃度，減緩氣候變化的速率，避免給人類和自然生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)不可逆轉(zhuǎn)的負(fù)面影響。由此,以低碳經(jīng)濟(jì)為基本內(nèi)涵的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式就提上日程。
我國(guó)正處于工業(yè)化高速發(fā)展期,能源消費(fèi)處于“高碳消耗”狀態(tài)。因此，我國(guó)深入實(shí)踐科學(xué)發(fā)展觀,提出將節(jié)能減排、推行低碳經(jīng)濟(jì)作為國(guó)家發(fā)展的重要任務(wù)。中國(guó)科學(xué)院發(fā)布的《2009中國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告》中提出2020年我國(guó)低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展目標(biāo)為單位GDP能耗比2005年降低40%～60%,單位GDP的二氧化碳排放降低50%左右。
低碳經(jīng)濟(jì)是低碳發(fā)展、低碳產(chǎn)業(yè)、低碳技術(shù)、低碳生活等一類經(jīng)濟(jì)形態(tài)的總稱。低碳經(jīng)濟(jì)以低能耗、低排放、低污染為基本特征,以應(yīng)對(duì)碳基能源對(duì)于氣候變暖影響為基本要求,以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展為基本目的。低碳經(jīng)濟(jì)的實(shí)質(zhì)在于提升和應(yīng)用能效技術(shù)、節(jié)能技術(shù)、可再生能源技術(shù)、溫室氣體減排和儲(chǔ)存技術(shù),以促進(jìn)產(chǎn)品的低碳開(kāi)發(fā)和維持全球的生態(tài)平衡。這是從高碳能源時(shí)代向低碳能源時(shí)代演化的一種經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。
2 從低碳經(jīng)濟(jì)高度審視造紙產(chǎn)業(yè)
發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì),重在發(fā)展低碳產(chǎn)業(yè)。那么造紙產(chǎn)業(yè)在發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)中能有所作為、能發(fā)展成低碳產(chǎn)業(yè)嗎？
低碳經(jīng)濟(jì)的核心指標(biāo)是碳生產(chǎn)率�！疤忌a(chǎn)率”等于經(jīng)濟(jì)效益與碳排放量的比值，比值的高低反映單位二氧化碳排放產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益的大小。低碳產(chǎn)業(yè)的重要指標(biāo)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1，則該企業(yè)運(yùn)行和發(fā)展過(guò)程中具有低的二氧化碳排放量,當(dāng)然也是低碳企業(yè)。
國(guó)際上有不少學(xué)者就木材和造紙產(chǎn)業(yè)對(duì)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的作用問(wèn)題進(jìn)行過(guò)許多研究和討論。有代表性的是聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）、國(guó)際能源署（IEA）和國(guó)際森林與造紙協(xié)會(huì)聯(lián)合會(huì)（ICFPA）共同組織的2006年10月在羅馬召開(kāi)的“國(guó)際能源和林產(chǎn)工業(yè)研討會(huì)”。會(huì)議一致認(rèn)為，林產(chǎn)工業(yè)通過(guò)優(yōu)化原材料使用、提高能效、生產(chǎn)生物質(zhì)能源和擴(kuò)大生物質(zhì)精煉產(chǎn)品的利用范圍，可以在減緩氣候變化方面起到非常重要的作用。另外,日本《木材工業(yè)》2008年第2期刊登了一組系列文章，全面論述了防止全球變暖與木材利用的關(guān)系�？v觀國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果，可以得出幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：
（1）可再生木材資源是今后人類應(yīng)該充分依賴的資源,木材和紙產(chǎn)品是可再生和可循環(huán)使用的產(chǎn)品，林產(chǎn)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，減少二氧化碳的排放。
（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)存效果”。其碳儲(chǔ)存作用可以凈減少排放的二氧化碳。
（3）木材利用和林產(chǎn)工業(yè)具有“替代化石燃料的效果”。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、邊皮木屑等幾乎都可有效利用為生物質(zhì)能源，替代化石燃料。
（4）現(xiàn)代先進(jìn)的制漿造紙工業(yè)是一種典型的低碳工業(yè)。例如，W A C té,等人[3]用數(shù)學(xué)模型對(duì)位于德克薩斯州的德克薩卡納(Texakana)造紙廠從森林培育到制漿造紙整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的碳平衡進(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)漂白紙漿和紙杯紙。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)紙量約56萬(wàn)t（絕干計(jì)）。該廠的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備有兩臺(tái)動(dòng)力鍋爐和兩臺(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）。當(dāng)用最保守(原料林的生長(zhǎng)率較低)條件時(shí)，計(jì)算結(jié)果的碳匯率為1.38;按最積極(原料林高的生長(zhǎng)率)的條件，碳匯率則可達(dá)2.81,正常計(jì)算結(jié)果的碳匯率為1.55。計(jì)算結(jié)果還顯示,在該廠林紙全過(guò)程產(chǎn)生和釋放的二氧化碳中有23％是由化石燃料產(chǎn)生的，77％由生物質(zhì)產(chǎn)生的;在制漿造紙工廠產(chǎn)生和釋放的二氧化碳中,有19％是由化石燃料產(chǎn)生的，81％則由生物質(zhì)產(chǎn)生的。又如，我國(guó)泰格林紙集團(tuán)屬下湖南駿泰漿紙公司用木材為原料生產(chǎn)40萬(wàn)t/a漂白紙漿，使用的能源100％為生物質(zhì)燃料(濃縮黑液和樹(shù)皮、木屑、生物污泥等固體廢物)發(fā)電供熱，正常生產(chǎn)時(shí)不需補(bǔ)充化石燃料，更有效地減排二氧化碳和二氧化硫。
一般認(rèn)為由生物質(zhì)(燃料)產(chǎn)生的二氧化碳是自然界可循環(huán)的，而由化石燃料產(chǎn)生的二氧化碳才是大氣溫室氣體的增加量。從這個(gè)角度看,造紙工業(yè)在低碳經(jīng)濟(jì)中更具有優(yōu)勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)力。
3 節(jié)能減排是發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的重要抓手
依照卡亞公式原理,人均“碳足跡”(表示一個(gè)區(qū)域的“碳耗用量”)取決于人口數(shù)量、人均GDP、能源強(qiáng)度和單位能源含碳量等幾個(gè)變量。因此，降低碳耗用量的有效辦法只有降低能源強(qiáng)度(節(jié)能)和降低單位能源含碳量(使用新能源),因而通過(guò)“節(jié)能”達(dá)到“減排”是當(dāng)前最現(xiàn)實(shí)和最重要的抓手。
當(dāng)前我國(guó)傳統(tǒng)的造紙企業(yè)是高能耗企業(yè)，而且大多數(shù)企業(yè)消耗的能量是由化石燃料燃燒獲得的。造成我國(guó)造紙行業(yè)能耗高的主要原因有二:一是能量使用的優(yōu)化程度較低；二是工藝和裝備較落后。因此造紙工業(yè)節(jié)能減排的技術(shù)創(chuàng)新和開(kāi)發(fā)工作應(yīng)在下述方面開(kāi)展。
3.1 研發(fā)造紙企業(yè)能量系統(tǒng)診斷與集成優(yōu)化技術(shù)
企業(yè)能量系統(tǒng)診斷與集成優(yōu)化技術(shù)是近年發(fā)展起來(lái)的新型工業(yè)節(jié)能優(yōu)化應(yīng)用技術(shù)，它是從系統(tǒng)優(yōu)化的角度研究企業(yè)的能量系統(tǒng)（包括物料系統(tǒng)）。系統(tǒng)節(jié)能集成優(yōu)化技術(shù)的全局特性，使得該技術(shù)在煉油、化工等過(guò)程工業(yè)得到快速發(fā)展和應(yīng)用，也使其具有單項(xiàng)節(jié)能技術(shù)所無(wú)法替代的地位，彌補(bǔ)了單項(xiàng)技術(shù)分散、不系統(tǒng)的缺陷。華南理工大學(xué)制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室正在研發(fā)基于“三環(huán)節(jié)”模型的能量綜合優(yōu)化平臺(tái)。
3.2 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)
節(jié)能的工藝與裝備技術(shù)是生產(chǎn)過(guò)程節(jié)能的基礎(chǔ)。當(dāng)前重點(diǎn)研發(fā)和推廣應(yīng)用的造紙企業(yè)節(jié)能工藝裝備關(guān)鍵共性集成技術(shù)主要有：（1）蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)能量梯級(jí)（多級(jí)）利用與集成技術(shù):能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)與利用環(huán)節(jié)各級(jí)能流的耦合與最優(yōu)匹配技術(shù)；全廠熱、電、冷三聯(lián)供優(yōu)化耦合技術(shù),生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化技術(shù);(2)低位能能量的利用技術(shù)，低能耗打漿技術(shù)、低能耗原材料替代技術(shù)、強(qiáng)機(jī)械脫水節(jié)能集成技術(shù)、高效干燥技術(shù)、軟測(cè)量與優(yōu)化控制技術(shù)、變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)應(yīng)用;(3)過(guò)程余熱回收集成技術(shù)等。
國(guó)內(nèi)許多研究機(jī)構(gòu)和大型企業(yè)對(duì)上述課題都在進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)和推廣工作。
4 認(rèn)識(shí)
(1)隨著低碳經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)和發(fā)展以及我國(guó)“碳交易”模式的建立和完善,具有低碳運(yùn)行特色的造紙產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)將會(huì)越來(lái)越受到重視。我們應(yīng)該用低碳經(jīng)濟(jì)的理念、站在低碳經(jīng)濟(jì)的高度去審視我國(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)制定有利于發(fā)展低碳造紙產(chǎn)業(yè)的“碳交易”政策法規(guī),研究造紙產(chǎn)業(yè)的低碳技術(shù)。
(2)節(jié)能減排是當(dāng)前發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)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)全行業(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。因此，要加大對(duì)研發(fā)節(jié)能減排共性和關(guān)鍵技術(shù)的支持力度，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，提高我國(guó)造紙工業(yè)節(jié)能減排技術(shù)水平,使我國(guó)造紙行業(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)。
