来源：《中国石油和化工产业观察》杂志
作者：杨友麒
碳减排是全人类共同责任
全球气候由于大气层承载的温室气体越来越多而引起温升。
2016年平均气温比工业化前已升高1.2摄氏度，到2019年又创新高。如果不采取有力措施，2100年全球气温将上升3.7～4.8摄氏度，生态灾难将不可挽回。这个问题的严重性人类已经有了共识。上世纪1997年《京都议定书》要求各国共同努力将温度升高控制在2摄氏度以下。本世纪发现事态比预计更严重，2016年巴黎协定要求争取把温升控制在1.5摄氏度。这个目标就意味着要把大气中的二氧化碳含量控制在百万分之450以下，也就是全球温室气体排放总量不得超过1万亿吨。但迄今为止，全球已经排放了5150亿吨。也就是说，还剩不到5000亿吨可排放的指标。这是因为由于世界经济发展提速，碳排放增速很快。中国经济的快速发展带来的碳排放，2017年比2000年提高了160%，达到92.3亿吨/年，占世界排放总量的40%，而且还在继续增加中。所以，中国在全球达到碳中和过程中作用十分关键。2019年9月联合国专门召开了气候峰会，要求各国制定碳中和规划。其后，各国和地区纷纷通过立法或在政府文件中宣布达到碳中和目标：芬兰2035年；德国、奥地利、瑞士、冰岛、爱尔兰、挪威、南非、葡萄牙、斯洛文尼亚、哥斯达黎加、马绍尔群岛2040年；瑞典2045年；英国、日本、欧盟、加拿大、韩国、新西兰、智利、斐济、匈牙利2050年。不丹和苏里南已经达标。0年发起。2020年9月22日，国家主席习近平在第75届联合国大会上宣布，中国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，单位GDP二氧化碳排放强度比2005年下降65%，非化石能源占比将提高到25%以上，努力争取2060年前实现碳中和。
能源结构转型是实现目标关键
跨入21世纪，随着经济快速发展，我国能源消费增长速度惊人。
2000～2010年的10年间我国能源消费从2000年的14.7亿吨标煤/年增长到2010年的36.1亿吨标煤/年，年均增速9.4%。8年后的2018年达到48.6亿吨标煤/年。我国排碳量高的本质是能源结构以煤为主。
从全球来看，上世纪80年代就从高碳能源的煤、石油向低碳能源的天然气和可再生能源转移。
在上世纪1950年左右，煤炭在世界能源结构中还占50%左右，到本世纪初只占不到30%；而同期天然气的占比则从不到10%增加到21%左右。
而我国的能源结构到21世纪还是以煤炭为主。这是由于我国的资源禀赋富煤少油缺气，煤炭一直占能源总量的60%以上，直到2018年还占总量的58%。而世界能源结构平均煤炭只占27%，工业发达国家都已低于15%，如美国煤炭只占14%，欧盟占15%。
从全球来看，总的趋势就是从高碳能源煤炭、石油向低碳能源天然气转变，进而按碳中和要求向无碳能源转化。
根据英国石油公司对能源展望预期，化石能源将从现在的占比超过80%一直向下降。
煤炭在上世纪已经达到峰值，石油受到新冠疫情和碳减排的双重打压2020年已经达峰，而天然气会更晚一些。同时，从2010年起可再生能源会高速增长，光伏发电增长最快，风能次之，氢能和生物质能源也会逐步增加。
到碳中和时，预计煤炭在能源结构中的占比将从2018年的17.6%降到1.9%，石油将从35%下降到6.8%，天然气将从28.9%下降到13%。化石能源将从占比80%左右下降到21%左右。而核能将从5.1%上升到9.1%，光伏电能将从3.8%上升到34%，风电将从4.2%上升至17%，水电将从5.6%上升到9.9%，氢能及生物质能源从接近零上升到8%以上。碳排放最大头的是燃煤热电厂发电。
我国约80%的电力来自燃煤电厂，我国煤电占全球煤电总量的50.2%。全球每千瓦小时电力平均排放450克二氧化碳。
我国“十三五”规划要求大型发电集团的指标是550克二氧化碳/千瓦小时，2020年达到的指标是600克二氧化碳/千瓦小时。
横向比较来看，
瑞士、挪威、瑞典、法国等近零排放国家低于100克二氧化碳/千瓦小时；
加拿大、新西兰、奥地利、芬兰、丹麦等超低碳排放国家在100～200克二氧化碳/千瓦小时；
英国、西班牙、葡萄牙、意大利等低碳排放国家在200～300克二氧化碳/千瓦小时；
美国、德国、荷兰、日本、土耳其、智利、墨西哥等中碳排放国家在300～500克二氧化碳/千瓦小时；
中国、印度、韩国、澳大利亚、南非、波兰等高碳排放国家高于500克二氧化碳/千瓦小时。
我国排放率高的另一个原因是能源强度较高。也就是万元GDP能耗高，能效低。虽然我国能源强度从2015年的0.662吨标煤/万元降到2020年的0.402吨标煤/万元，但主要是由于第三产业比例提高较多，服务行业每个增量的单位能耗比工业低13倍。横向对比，我国的能源强度较世界平均水平仍有较大差距。若采用汇率法，我国能源强度是世界平均水平的1.8倍，分别是美国的2.5倍、欧盟的3.3倍、日本的4.3倍，与工业发达国家间差距很大。从全球看，能源转型速度很快，从1980年到2013年风电成本下降了90%，现在已经与煤电相当了。光伏发电从2010年到2017年成本就下降了73%。同时，金融资本投资均大幅向再生能源倾斜。仅2017年统计，向再生能源的投资是其他各种能源投资总和的两倍以上。中国在这方面处于领先地位。据联合国再生能源咨询机构REN21发布的《2020年全球可再生能源现状报告》显示，2019年各国再生能源发电装机量（包含占58%的水力发电）可提供全球发电量的27.3%。前四名是：中国装机量789吉瓦、美国282吉瓦、巴西144吉瓦、印度137吉瓦。甚至有人说，能源转型已经从量变进入质变的拐点，理由是2019年能源大国美国发生了两件大事：一是美国的再生能源发电量第一次超过了煤电；二是最大的风力发电公司新时代能源有限公司市值超过了最大的传统能源巨头埃克森美孚公司，虽然后者的经营额和利润分别是前者的13倍和4倍。10年来，埃克森美孚公司的股票价值跌了50%，而新时代能源有限公司的股票价值上升了430%。 能化企业转型升级的路径选择
大型能源化工企业既是主要化石能源的提供者，又是大量耗能温室气体的排放者，转型过程中压力最大。一方面来自政府和监管部门的压力。例如，日本政府金融厅要求上市公司必须公布应对气候变化的战略和公司减排的目标。金融厅和东京证券交易所判断，企业如若不能简明地解释自然灾害造成的风险和应对策略，很难吸引海外资金。金融行业极其敏感，对于那些损害全球气候而没有前途的企业不会客气。其实，西方各大能源化工公司早已这么做了，但美国最大的油气公司埃克森美孚还是被移出了道琼斯工业平均指数。另一方面来自社会各层面的舆论压力在逐年增加。例如，社会上已经将大型温室气体制造公司看成了“不光彩的事业”。一些世界顶级著名大学和研发机构将拒绝来自化石能源公司的捐助。剑桥大学、牛津大学、康耐尔大学、布朗大学、乔治敦大学等已决定不再接受化石能源公司的捐款，最有钱的哈佛大学和耶鲁大学则宣布逐步减少接受化石能源公司的捐款。在这种形势下，能源化工企业有哪些选择呢？主业向低碳化逐步调整，用碳捕集和封存利用（CCUS）弥补排放带来的损害。埃克森美孚公司认为，虽然减少碳排放很重要，但石油天然气仍是人类不可或缺最重要的能源资源，未来20年人类需要石油天然气的总量（绝对数量）还会增加，所以，该企业至今仍然将自己定位为国际油气公司。但同时，埃克森美孚公司30年来一直致力于碳捕集和封存利用技术研发。他们称，自己是世界上第一个捕集了1.2亿吨二氧化碳的公司，捕集能力达900万吨二氧化碳/年，技术水平居世界领先地位。该公司2018年成立低碳解决方案部，在世界各地开展了20多个碳捕集和封存利用项目，大规模回收二氧化碳。同时，埃克森美孚公司大力发展低碳能源液化天然气，抢购海外天然气田，液化天然气产量达8600万吨/年，占世界液化天然气产量的25%。埃克森美孚公司还发展生物柴油，因为生物柴油海船重负荷运输的碳排放只有现在通常用石油柴油海船的一半。在我国，碳捕集和封存利用技术的先驱是煤电行业，但十几个试点项目加起来的处理量只有100万吨/年，处理成本要300～500元/吨。碳捕集消耗的能量直接把一个100万千瓦的超临界电厂效率打回亚临界电厂。我国目前尚没有成熟的商用大规模碳捕集技术。这对电力行业情有可原，因为这本来就是一个化工课题，但对于世界上最大的化工大国，我国石油化工行业也没有突破这项技术就说不过去了。碳捕集和封存利用是全世界都绕不过去的技术，我国又是最大的用煤大国，应尽早加紧攻关突破成本瓶颈，大规模推广应用。减油增电，向可再生能源提供商转型。英国石油公司是这条路线的代表。为了2050年实现净零目标，英国石油公司决定2030年前停止新油田勘探开发，使化石能源产量下降40%；大力提升可再生能源发电装机容量，从2019年的2.5吉瓦提高到2030年的50吉瓦，目前英国石油公司是最大的陆上风力发电能源公司；提高生物燃料产量，日产量从目前的22000桶提升到2030年的1亿桶；到2030年前上游油气生产碳排放减少35%～40%；低碳领域投资额增加到50亿美元/年，相当于目前投入的10倍。法国道达尔公司也是大力投资新能源的代表之一，在光伏发电和储能方面国际领先。2019年道达尔公司再生能源产能已达3吉瓦，2020年翻了一番以上达7吉瓦，并计划2025年达35吉瓦、2030年达100吉瓦。这里应强调，可再生能源应该与电力一起抓。因为风电/光伏电都是分散式能源，不是所有地方都可以低成本地连接上国家/中央电网，需要就地直接供给地方工厂或居民使用。所以，只抓可再生能源发电而不管如何供电行不通。减油增气增化工，大力降低单位能耗的碳排放强度。英荷壳牌石油公司正在这样做。该公司预测，到2030年之前世界化石能源绝对产量还会增长，但占比会下降。2040年石油产量会达峰值，但天然气产量还会继续增长，到2050年占比会和可再生能源相当。因此，英荷壳牌石油公司正在扩大天然气业务，2016年并购了巴西BG集团，投入资金将天然气供应占比由50%提高到75%。该企业还扩大液化天然气业务，在目前13个工厂4100万吨/年的基础上继续扩大，争取成为世界最大的液化天然气供应商。目前，该企业已经是世界能源结构中天然气占比最高的公司，今后将继续领先。而其炼油业务则从15年前51个生产基地2.2亿吨/年炼量收缩到2020年15个工厂1.5亿吨/年炼量。在减碳方面，英荷壳牌石油公司做得非常仔细，要求每个部门都核算净碳足迹。目前世界平均单位能耗的碳排放强度为74克二氧化碳/兆焦耳，到2050年碳中和时降到43克二氧化碳/兆焦耳。英荷壳牌石油公司目前的碳排放强度为高于平均值的83克二氧化碳/兆焦耳，要求到2030年下降20%，到2050年下降50%，也就是41克二氧化碳/兆焦耳碳中和达标。能源化工企业增加化工业务的另一条路线是原油直接生产化工产品。化学品收率，传统炼油厂只有8%左右，常规炼化一体化工厂可达18%，而原油直接制化学品收率可达70%。埃克森美孚公司早在2014年就在新加坡建成年产100万吨乙烯装置，绕开炼油厂直接把原油通给乙烯裂解炉（改造过的专用裂解炉），比传统石脑油裂解乙烯每吨多赚100～200美元。沙特阿拉伯的沙特基础工业公司2017年宣布投资200亿美元建设原油直接制化工品（COTC）项目，以沙特轻质原油为原料直接进入加氢裂化装置，将高沸点组分转化为低沸点组分，然后蒸馏，重组分油去深度催化裂化，轻组分去蒸汽裂解制乙烯/丙烯等。这条路线产品以丙烯为主，据说也比传统炼油厂-乙烯厂的乙烯成本低200美元/吨，但投资额比较大，预计2025年投产。中国石油天然气集团公司在这方面已经迈出一步，其能源产品结构中天然气占比已经从1999年的9%提高到2018年的41%。国内清华大学化工系从21世纪初就开发了下行床催化裂解技术，在济南炼油厂做过15万吨/年工业试验，据说双烯+轻质芳烃收率可达58%，但一直没有大型商业化生产。发展氢能，煤化工企业转型有优势。氢能产业将扮演越来越重要的角色。其优势在于：第一，它是最清洁的能源，在使用中零碳排放；第二，它可以存储和运输，既可以直接液化，也可以与有机化合物结合液化，然后运输至目的地再释放出来；第三，它的制造成本正在逐步下降，如果今后实施排碳税，竞争优势更明显；第四，它可以在那些不容易电气化的地方起到补偿作用，如航运、工业的高温过程（钢铁、水泥和石油化工）等。据英国石油公司预测，到2035年，氢能会发展到5艾焦耳/年的能力，其中绿色、蓝色、灰色3种氢能各占1/3；到2050年将达25艾焦耳/年的能力，其中95%为前两种氢能，5%为灰色能。他们预计，工业用能源中氢能将占到10%，这部分氢能主要由中国和工业发达国家提供。就目前来看，似乎日本走在前面了。日本千代田化工公司开发的以甲基环己烷为有机媒介储存氢能工艺路线，已经在文莱建设商业化的示范装置。用甲苯催化加氢生成的甲基环己烷作为液态氢载体，运到使用地再脱氢释放出氢气。2020年已经从文莱向日本输送210吨氢气。我国是煤化工研发和工业化投入最大的国家，自主开发的技术世界领先，工业化规模也是世界独一无二。目前大连恒力石化股份有限公司为2000万吨/年炼油配套制芳烃的煤制氢装置规模达50万立方米/小时，是最大规模的制氢装置。在制氢的各种工艺路线中煤气化成本最低（0.79元/立方米），天然气转化制氢其次（1.5元/立方米），之后是重油气化（1.6元/立方米）、以甲醇为原料制氢（1.9元/立方米）、电解水制氢（2.4元/立方米）。在石油价格低落、煤化工行业盈利困难的背景下，转向氢能产业是不错的方向，首先应该是煤制气和煤制油行业的转向。最近中国石化集团公司董事长张玉卓宣布，中石化将把氢能作为公司新能源的主要方向，“十四五”期间将规划建设1000座加氢站或油氢合建站，打造中国第一大氢能公司，力争比国家承诺提前10年实现碳中和。 节能减排，提高能源利用效率，消除甲烷排放。我国节能减排空间很大，对比各国万元GDP所消耗的当量标煤值可见一斑。美国为0.242吨标煤/万元GDP，欧盟为0.194吨标煤/万元GDP，日本为0.197吨标煤/万元，英国为0.145吨标煤/万元GDP。世界平均是0.349吨标煤/万元GDP，而中国为0.519吨标煤/万元GDP。节能的重要性大家也都明白，但真正落实却不易。须知，“十三五”规划中要求单位国内生产总值能耗下降15%的指标并没有完成。所以，节能减排不是技术问题而是管理问题。靠经济效益推动生产的今天，节能减排形成的那一点效益远不能引起各级领导的重视。相反，牺牲节能减排指标造成的损失却不难从别的地方补回来，例如产量增加产值提高了。所以，节能减排不能靠号召了，必须作为重大国策来抓来管。联合国政府间气候变化专门委员会评估报告认为，甲烷排放20年后的全球增温潜势（或称暖化效应）是二氧化碳的84倍，100年后仍是二氧化碳的28倍。甲烷对当前全球变暖的贡献率约为1/4，仅次于二氧化碳。我国不仅是全球最大的二氧化碳排放国，而且是最大的甲烷排放国。2014年我国甲烷排放量已经高达5529万吨，其中能源活动排放占比44.8%。仅按照较低的全球增温潜势计算，我国2014年的甲烷排放总量相当于12亿吨二氧化碳（包括土地利用变化和林业）。一些石油巨头的年报中都提到要消除甲烷排放，因为石油化工行业是甲烷排放的重点行业。作为世界最大的甲烷排放国，在应对碳中和策略中，我国能源化工企业消除甲烷排放责无旁贷。
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