中國造紙工業(yè)碳排放特征與“雙碳”目標路徑探究

2020年9月22日，在第七十五屆聯(lián)合國大會上，習近平主席正式提出中國碳達峰、碳中和目標愿景，將力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和。其中，“碳達峰”是指碳排放總量達到歷史最高值；“碳中和”是指人為碳排放量與固碳量相平衡的狀態(tài)。在“雙碳”目標上的莊嚴承諾和積極作為，體現(xiàn)了我國堅持“氣候正義”價值訴求和《巴黎協(xié)定》框架下構建人類命運共同體的責任擔當，不僅影響我國綠色經(jīng)濟復蘇和高質(zhì)量發(fā)展、引領全球經(jīng)濟技術變革的方向，而且對保護地球生態(tài)和應對氣候變化的國際合作具有重要意義^[1]。2021年1月5日，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《碳排放權交易管理辦法（試行）》（生態(tài)環(huán)境部令 第19號），并于2021年2月1日起施行，涵蓋101家造紙企業(yè)自備電廠在內(nèi)的全國碳市場第一個履約周期正式啟動，已切實面臨“碳約束”的新挑戰(zhàn)。

造紙工業(yè)是關系國計民生的基礎原材料工業(yè)，存在得天獨厚的天然綠色屬性，具有原料可再生、產(chǎn)品可循環(huán)利用、生產(chǎn)廢棄物可轉化為生物質(zhì)能源等特點。同時，造紙工業(yè)又是一個典型的能源資源密集型行業(yè)，也是計劃第一階段納入全國碳排放權交易市場的行業(yè)之一^[]。對于目前碳排放基數(shù)較大、能源供給體系中化石能源占比達80%以上，且消費需求仍在上升的中國造紙工業(yè)而言，要如期實現(xiàn)“雙碳”目標將面臨前所未有的挑戰(zhàn)，但也是產(chǎn)業(yè)綠色轉型和促進高質(zhì)量發(fā)展的重要契機^[]。

1 造紙工業(yè)主要碳排放來源及控制節(jié)點

造紙工業(yè)企業(yè)碳排放源類別主要包括：①自備熱電站、石灰窯、堿回收爐、紙機干燥等工段運行過程中煤炭、燃氣、柴油、重油等化石燃料燃燒直接排放；②備料過程產(chǎn)生的樹皮、木屑，硫酸鹽制漿過程產(chǎn)生的黑液等生物質(zhì)能源燃燒直接排放；③制漿過程堿回收工段用石灰石、自備電廠脫硫用外購碳酸鹽分解過程產(chǎn)生的二氧化碳排放；④廢水厭氧處理過程中產(chǎn)生的甲烷排放；⑤凈購入使用電力、熱力的間接排放等。

根據(jù)《造紙和紙制品生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南（試行）》，造紙工業(yè)企業(yè)在進行碳排放核算與報告時，需要核算的溫室氣體包括二氧化碳和甲烷，核算范圍包括上述碳排放源中的化石燃料燃燒排放、過程排放、購入的電力和熱力產(chǎn)生的排放、廢水厭氧處理的排放，而生物質(zhì)燃料產(chǎn)生的碳排放不計入企業(yè)的碳排放總量^[]。相關研究表明，中國造紙工業(yè)的碳排放量主要來自于化石燃料燃燒和凈購入電力、熱力產(chǎn)生的排放，且化石燃料以煤炭為主，生物質(zhì)能源占全部能源的比例不到20%，而歐盟2019年生物質(zhì)能源比例已達到全部燃料的60%^[6,9]。對于單個造紙工業(yè)企業(yè)而言，其碳排放來源及強度，還受能源結構、原料結構、生產(chǎn)工藝、技術裝備和碳排放管理水平等諸多因素影響^[8]。

2 中國造紙工業(yè)近年來碳排放發(fā)展歷程

中國造紙工業(yè)自2000年以來迅速發(fā)展，紙漿、紙及紙板、紙制品生產(chǎn)量不斷提高，到2020年已分別達到7378萬t、11260萬t、6860萬t。隨著中國造紙工業(yè)的飛速發(fā)展，其碳排放量也隨之增加。據(jù)估算，中國造紙工業(yè)2000年的碳排放量約為0.64億t，2015年上升為1.52億t，年均復合增長率約為5.93%^[5, 10]。其中，2000—2003年，全球經(jīng)濟下滑給中國經(jīng)濟發(fā)展帶來一定影響，造紙工業(yè)發(fā)展趨于平穩(wěn)，碳排放量增速相對緩慢；2003—2006年，主要受中國加入WTO影響，造紙工業(yè)發(fā)展迅速，碳排放量也急劇增加，年均增長率一度達到了16.36%。2006年開始，為解決能源資源約束和生態(tài)環(huán)境壓力問題，我國加大了促進節(jié)能降碳的政策力度和管制措施，隨后2008年的世界金融危機給中國經(jīng)濟帶來沖擊，造紙工業(yè)受到波及，碳排放量增速放緩，甚至有所下降。2009年之后，中國經(jīng)濟快速得到恢復，造紙工業(yè)也得到蓬勃發(fā)展，碳排放量于2013年達到高值，約為1.59億t。隨后，在資源、能源和生態(tài)環(huán)境的多重約束下，以及受2020年以來新冠肺炎疫情影響，造紙工業(yè)碳排放量增速放緩甚至有階段性下降，但其排放總量依然不容小覷，目前僅次于電力、石化、化工、建材、鋼鐵、有色等高耗能行業(yè)，也因而被列為計劃首批納入全國碳排放權交易市場的重點行業(yè)之一。

3 中國造紙工業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標面臨的主要問題

3.1　紙和紙板消費需求持續(xù)增加

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，1980年我國GDP總量約4587億元，紙和紙板消費量約350萬t；2000年GDP約100280億元，紙和紙板消費量約3500萬t；2020年GDP約1015986億元，紙和紙板消費量近11827萬t，人均年消費量約為84 kg，高于世界平均水平52 kg/人，但遠低于G7 等發(fā)達國家平均水平170 kg/人^[11]。

我國由于人口眾多，到2035年要在全面建成小康社會的基礎上基本實現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化，達到中等發(fā)達國家水平，作為配套產(chǎn)業(yè)的造紙工業(yè)仍有較大消費需求空間。根據(jù)《造紙行業(yè)“十四五”及中長期高質(zhì)量發(fā)展綱要》，通過對造紙產(chǎn)業(yè)屬性、地位、作用等與經(jīng)濟發(fā)展關系及全球中等以上發(fā)達國家紙張消費能力分析，我國紙張消費趨勢依據(jù)經(jīng)濟增長積極、正常和消極3種情景來模擬，預計到2035年國內(nèi)紙及紙板需求量或?qū)⒎謩e達到1.9億t、1.7億t和1.4億t。如果兼顧2030年國家碳達峰目標，紙及紙板產(chǎn)能增長可能被迫受到抑制，因此2035年紙及紙板國內(nèi)生產(chǎn)量應控制在1.7億t以內(nèi)，較目前還將增加約5000萬t。在消費需求仍將持續(xù)提高的情況下，必然要求在產(chǎn)業(yè)結構優(yōu)化、能源消費結構調(diào)整、可再生能源替代、節(jié)能低碳技術研發(fā)等方面取得更多的成果，才能保障造紙工業(yè)保質(zhì)保量順利完成“雙碳”目標。

3.2　能源資源結構問題突出

中國造紙工業(yè)能源長期以外購為主，主要為高碳含量的煤炭，相比發(fā)達國家目前主要使用生物質(zhì)燃料和碳含量較低的石油、天然氣等能源，我國以煤炭為主的能源結構使得造紙工業(yè)碳排放量居高不下^[6, 12]。以煤炭為主的能源結構，同時受原料結構、技術裝備、企業(yè)規(guī)模和產(chǎn)品結構等因素影響，也導致中國造紙工業(yè)能源綜合利用率長期低于發(fā)達國家水平。

2000年以來，造紙原料結構相對改善，造紙工業(yè)企業(yè)也從國外引進了大量先進技術裝備，有效提高了能源利用效率。2010年我國紙及紙板平均綜合能耗約為680 kgce/t，2015年降至530 kgce/t，2020年又降至480 kgce/t，《造紙行業(yè)“十四五”及中長期高質(zhì)量發(fā)展綱要》提出“十四五”期間還將力爭降至450 kgce/t，能源效率水平逐步提高，但能源消費結構問題未能得到根本轉變^[13]。同時，造紙工業(yè)資源約束問題也較為嚴峻，主要體現(xiàn)在優(yōu)質(zhì)造紙原料短缺，供需矛盾突出，對外依存度高。因而，能源資源結構問題將是造紙工業(yè)綠色低碳發(fā)展的重要制約因素。

3.3　廢紙回收再利用仍需加強

廢紙造紙技術流程較短，不僅是節(jié)約原材料和保障纖維原料結構的重要途徑，也是實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟和低碳發(fā)展的重要方式，能夠大幅降低磨漿工藝所消耗的熱力、電力能源，有效減少二氧化碳的排放^[14]。據(jù)《2021中國造紙年鑒》統(tǒng)計，自2011年以來，我國廢紙回收總量年均增長率約為2.63%，2020年已達到約5493萬t，目前為世界最大廢紙生產(chǎn)國和消費國。我國廢紙利用率曾一度達到世界較高水平，歷史最高值為2009年的74.4%，近年來由于廢紙進口受限而呈現(xiàn)逐年下降趨勢，到2020年廢紙利用率已下降為54.9%。我國廢紙回收率2011—2020年平均值為46.78%，最高值為2019年的49%，相比世界發(fā)達國家，廢紙回收率相對偏低。

隨著我國廢紙回收體系的不斷完善，廢紙回收量目前已達到可回收量的90%以上，但受到當前紙產(chǎn)品消費結構等限制，通過繼續(xù)健全廢紙回收系統(tǒng)進一步提升廢紙回收率的空間極其有限^[11,15]。隨著廢紙進口禁令和“限塑令”的實施，國內(nèi)廢紙回收利用的循環(huán)速度將會加快，同時在疫情防控和國際環(huán)境影響下，以國內(nèi)大循環(huán)為主的內(nèi)循環(huán)經(jīng)濟模式將全面啟動，我國廢紙循環(huán)利用力度將進一步加強。

3.4　理論指引和技術支撐不足

我國作為發(fā)展中國家，尚處于新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化加快推進階段，實現(xiàn)全面綠色轉型的基礎仍然薄弱，生態(tài)環(huán)境保護壓力尚未得到根本緩解。與發(fā)達國家相比，我國實現(xiàn)“雙碳”目標，時間更緊、跨度更大、困難更多。在此大背景下，造紙工業(yè)要如期實現(xiàn)“雙碳”目標，亟需系統(tǒng)的理論指引和變革性技術支撐。我國國情與世界發(fā)達國家存在較大差異，中國造紙工業(yè)未來的能源替代技術和能源利用需求與發(fā)達國家也有所不同。制漿造紙過程需要大量熱能，需要對行業(yè)替代能源來源和能源利用方式進行研究，探索更加高效的跨行業(yè)能源協(xié)作模式，更需要系統(tǒng)組織和專項規(guī)劃，集中人力、物力和財力，才有可能取得行業(yè)共性技術的重大突破。

4 中國造紙工業(yè)“雙碳”目標發(fā)展路徑探討

4.1　穩(wěn)步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)和原料結構轉型升級

產(chǎn)業(yè)結構和原料結構轉型升級是引領造紙工業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標的重要途徑。一是優(yōu)化企業(yè)布局和規(guī)模，提高產(chǎn)業(yè)集中度，發(fā)展低碳綠色產(chǎn)品，推進新工藝及技術創(chuàng)新，加快行業(yè)綠色制造體系建設。二是持續(xù)推動“林漿紙一體化”，加大造紙工業(yè)林基地建設和林業(yè)剩余物資源化利用，形成“以林促紙、以紙養(yǎng)林、林紙結合、協(xié)同發(fā)展”的產(chǎn)業(yè)格局。相比于單一的制漿造紙企業(yè)，“林漿紙一體化”企業(yè)不僅更易實現(xiàn)制漿造紙過程中的節(jié)能降碳，還能通過上游的植樹造林改善生態(tài)環(huán)境，并吸收二氧化碳達到固碳效果，實現(xiàn)碳匯和碳封存，減少二氧化碳的排放。三是通過在沿海地區(qū)布局大型紙漿生產(chǎn)企業(yè)，利用國內(nèi)外林業(yè)資源，提高國產(chǎn)紙漿的生產(chǎn)規(guī)模和生物質(zhì)能源比例。四是多渠道回收境內(nèi)廢紙和在境外回收利用紙張包裝物制漿，維持國內(nèi)原料供應，實現(xiàn)綠色低碳循環(huán)發(fā)展。五是加快淘汰能效利用率低、經(jīng)濟效益差的落后和過剩產(chǎn)能，促進造紙工業(yè)綠色低碳可持續(xù)發(fā)展。

4.2　有序推進能源結構調(diào)整和燃料替代

造紙工業(yè)的碳排放主要源自于能耗，在國民經(jīng)濟增速趨于平緩、環(huán)境保護成本不斷攀升、能源使用受限的背景下，必然要求造紙工業(yè)企業(yè)優(yōu)化和調(diào)整能源結構。推動發(fā)展高效節(jié)能技術和清潔利用技術，提高非碳能源占比，以綠色清潔可再生能源代替化石燃料能源，構建新型能源供應系統(tǒng)，是造紙企業(yè)實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展的核心內(nèi)容。

造紙工業(yè)減污降碳重在減少煤炭的使用，充分依托生物質(zhì)能源方面的行業(yè)優(yōu)勢，盡可能以生物質(zhì)燃料替代煤炭將是現(xiàn)階段造紙工業(yè)推動能源結構低碳化切實可行的途徑之一，企業(yè)可在充分利用自產(chǎn)樹皮、木屑、干化污泥等基礎上，加大區(qū)域內(nèi)其他可用生物質(zhì)燃料的收集和使用，提高生物質(zhì)能源的占比。另外，通過自備熱電站煤改氣、堿回收爐及石灰窯等的能源清潔化改造，對廢水處理過程中厭氧環(huán)節(jié)產(chǎn)生的沼氣進行回收利用，以及提高光伏發(fā)電等清潔能源使用等，均可有效減少碳排放。關于燃煤鍋爐能源清潔化改造，以國內(nèi)某廢紙制漿造紙企業(yè)為例，該企業(yè)建有1臺噸位為180 t/h的燃煤鍋爐，通過將鍋爐燃料由煤炭替換為天然氣，預計每年可減少二氧化碳排放量約34.16萬t。關于石灰窯能源清潔化改造，以制漿年產(chǎn)能為200萬t的國內(nèi)某企業(yè)為例，通過將石灰窯燃料由重油替換為天然氣或生物質(zhì)氣，每年可減少二氧化碳排放量分別約為6.09萬t和22.12萬t。關于光伏發(fā)電清潔能源使用，以國內(nèi)某造紙企業(yè)為例，光伏裝機容量19.9 MW，平均每年可生產(chǎn)2100多萬kWh的太陽能綠色電力，預計每年減少二氧化碳排放量2萬余t。

4.3　加強廢棄物利用，降低能源資源消耗

加強廢棄物利用、降低能源資源消耗、提升能源資源利用效率是實現(xiàn)碳減排的重要措施。一是配合“林漿紙一體化”和廢紙回收利用，適當增加木材纖維的使用比例。以木材纖維作為原料生產(chǎn)紙產(chǎn)品不僅能保障產(chǎn)品的高質(zhì)量，而且木材纖維的提取率較高，消耗的制漿化學品和能源較少，碳排放和污染相對較低，回收利用率也遠高于非木漿。二是推動完善相關標準體系和使用水性阻隔涂層技術等，加強對廢紙的回收利用，減少能源資源、新鮮用水、化學品的消耗，助推節(jié)能、減污、降碳協(xié)同增效。三是對非木漿進行合理開發(fā)與使用。我國可利用的非木材纖維來源廣泛，造紙企業(yè)可探索研發(fā)先進的低碳處理技術和相關設備，進行清潔化生產(chǎn)并提高非木材纖維得率。四是處理造紙廢水產(chǎn)生的污泥數(shù)量龐大，且成分結構較為復雜，含水量較高，加強污泥資源化、無害化處理將是造紙工業(yè)提高能源資源效率的重要突破口之一。

4.4　探索研發(fā)節(jié)能低碳和CCUS技術

隨著節(jié)能降碳壓力的與日俱增，尋求相關技術突破將是造紙工業(yè)轉型升級的關鍵。造紙工業(yè)企業(yè)越來越重視在連續(xù)蒸煮、余熱回收、廢紙利用、熱電聯(lián)產(chǎn)等生產(chǎn)過程中節(jié)能低碳技術的研發(fā)，以及在生產(chǎn)中使用生物質(zhì)能源和納米材料等新興材料。其中，蒸汽冷凝水閉式回收、紙機封閉氣罩熱能回收、高效雙盤磨漿機、造紙靴式壓榨和透平式真空泵等先進技術已逐步在造紙工業(yè)普及應用^[6, 9]。從碳中和總體目標來看，通過調(diào)整能源結構和實施工藝、設備、技術優(yōu)化升級改造后，將不得不排放的二氧化碳，需通過生態(tài)建設、工程封存等措施固碳，才能達到碳中和。深入開發(fā)CCUS（碳捕集、利用與封存）技術是其中的重要可能途徑之一^[]，被捕獲的二氧化碳還可以作為高附加值產(chǎn)品的原材料或者化學品^[18]，如將二氧化碳制成化學品（燃料）微藻的生產(chǎn)、混凝土碳捕集、生物能源的碳捕捉和存儲，以及制漿造紙中酸析木質(zhì)素、生產(chǎn)塔羅油、沉淀碳酸鈣和利用二氧化碳作為反溶劑生產(chǎn)木質(zhì)素納米顆粒等。其中，沉淀碳酸鈣技術目前已較為成熟，以國內(nèi)某造紙企業(yè)為例，通過將循環(huán)流化床鍋爐煙氣中二氧化碳轉化為輕質(zhì)碳酸鈣，年產(chǎn)能為20萬t，每年可減少二氧化碳排放量約8.8萬t。

4.5　全面提升行業(yè)企業(yè)碳排放管理水平

在“雙碳”目標愿景和碳交易市場機制下，提升造紙工業(yè)企業(yè)的碳排放管理水平將是有效應對碳減排壓力的重要保障。造紙工業(yè)企業(yè)應加強碳排放數(shù)據(jù)的監(jiān)測、統(tǒng)計、核算、報告和碳資產(chǎn)的經(jīng)營管理，協(xié)同產(chǎn)污、治污、排污的全過程環(huán)境管理要求，從原材料使用到產(chǎn)品的生產(chǎn)和出售，每個環(huán)節(jié)都要對碳排放加以檢測和管控，制訂企業(yè)減污降碳協(xié)同管理戰(zhàn)略、構建企業(yè)環(huán)境管理體系、發(fā)展企業(yè)綠色低碳文化。

首先，應建立健全碳排放核查核算制度，根據(jù)《造紙和紙制品生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南（試行）》中的核算邊界，針對企業(yè)生產(chǎn)過程中的關鍵環(huán)節(jié)，做好碳排放核算工作，摸清自身排放水平，挖掘減排潛力，為獲得碳配額、參與碳交易和對應進行節(jié)能低碳技術改造奠定堅實基礎。其次，要將碳配額作為資產(chǎn)進行管理，積極參與碳排放權交易，在通過技術改進減少碳排放的同時，也要充分利用市場手段實現(xiàn)減排目標，兩者相互配合，提高履約效率，降低履約成本，獲取減排效益。另外，還要加強碳排放管理體系技術支持力量，設置節(jié)能降碳管理機構，注重碳管理人才隊伍建設，建立貫穿企業(yè)碳排放全生命周期的碳管理制度和數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)，明確整體產(chǎn)業(yè)鏈及工序的降碳關鍵點，通過科技創(chuàng)新及應用不斷推進企業(yè)減污降碳轉型落地。

5 結　語

回顧過去幾十年的發(fā)展歷程，中國造紙工業(yè)在資源和環(huán)境的雙重壓力下，實現(xiàn)了快速高效增長。展望未來，面對國際“低碳壁壘”日益加高和國內(nèi)“雙碳”目標的減排壓力，以往外延擴張的發(fā)展模式將難以為繼，中國造紙工業(yè)必將面臨綠色低碳發(fā)展大轉型，迎來一場涉及能源結構、產(chǎn)業(yè)結構、產(chǎn)業(yè)鏈、供應鏈、技術裝備等方面的大變革。面對這場大轉型、大變革，造紙工業(yè)需在能源結構、生產(chǎn)方式、人為固碳等方面一起發(fā)力，加大投入、積極研究、謀定后動、系統(tǒng)布局，力爭以技術上的先進性獲得產(chǎn)業(yè)上的主導權。同時，宜盡早設計完成造紙工業(yè)碳達峰、碳中和路線圖，建立有效的激勵與約束機制，推動整個造紙工業(yè)的協(xié)調(diào)共進，并加快建立系統(tǒng)的檢測、核算、報告等全過程標準體系，為造紙工業(yè)走綠色低碳發(fā)展道路提供方向指引、系統(tǒng)指導和標準支撐，全力推動造紙工業(yè)順利實現(xiàn)碳中和目標。