合成氨、甲醇行业在石化和化工的子行业中碳排放量名列前茅。据统计,2020年合成氨、甲醇行业二氧化碳(CO₂)的排放量分别占石化和化工行业排放总量的19.9%和17.8%,二者合计CO₂排放量约占到石化和化工行业排放总量的38%,氮肥、甲醇行业碳减排压力巨大。
在“双碳”背景下,氮肥、甲醇行业该如何搞好碳减排,接下来的主要任务和工作重点是什么?针对这些业内关注的话题,本报在8月25日全国低碳日之际特刊发中国氮肥工业协会理事长顾宗勤在全国氮肥甲醇行业碳减排工作会上的报告,以期给业内带来有益参考。
2020年9月22日,习近平主席在第七十五届联合国大会上郑重宣布,我国CO₂排放力争于2030年前达峰,努力争取2060年前实现碳中和。这在国内外引起了强烈反响。
我国是碳排放大国。据BP公司统计,我国是世界化石能源消耗最大的国家,也是碳排放最大的国家,2018年排放量近100亿吨,居世界第一。同时,我国也是石化和化工生产和消费大国,减少碳排放必然会对我国石化和化学工业产生重大影响,所以石化和化工行业界,尤其是氮肥、甲醇等碳排放大户对此十分重视,非常关心世界碳减排形势、我国的碳减排政策以及碳减排措施等。
碳减排是国内外发展形势的客观要求
从国际形势看,应对气候变化是全人类共同的责任。20世纪以来,全球变暖的趋势愈发明显,很重要的原因之一是化石燃料的燃烧增加了地球大气中的温室气体含量,提高了地表温度。以1951~1980年平均温度为基准,到2020年全球平均温度升高了约1°C,目前这一数字仍以每10年0.2°C的速度不断攀升。全球变暖导致冰川融化、海平面上升、极端天气频发,严重影响了人类生存。为此,全人类逐渐达成了遏制全球变暖的共识。
2015年12月召开的巴黎气候大会上通过了《巴黎协定》,旨在将全球气温增幅限制在远低于2°C,并努力将升幅控制在1.5°C水平,从而缓解全球变暖带来的极端危害。若想达成上述目标,全球必须在21世纪中叶就实现碳净零排放,即碳中和。目前,全球已经有欧盟、中国、美国、日本、韩国、新加坡等50多个国家相继宣布,在本世纪中叶实现碳中和的目标。可以说,碳中和已经成为全球长期共同努力奋斗的目标。
碳中和是指国家、企业、个人或生产、活动直接或间接产生的CO₂或温室气体排放总量,通过使用低碳能源取代化石燃料、植树造林、节能减排等形式,以抵消自身产生的CO₂或温室气体排放量,实现正负抵消,达到相对“零排放”。而碳达峰则是指在碳中和实现的过程中,在某一个时点或某段时间,CO₂的排放达到峰值,之后不再增长并逐步回落。近些年,随着气候变暖对生态环境造成的影响日益严峻,低碳发展已被越来越多的国家认同,并加速落地推进。目前,已有近200个国家签署了《巴黎协定》, 31个国家实行碳排放权交易,400多家跨国企业提出或正在讨论碳中和目标。
世界银行发布的《2021年碳定价机制发展现状与未来趋势》显示,目前全球正在实施的碳定价机制有64项,主要包括碳市场和碳税,计划实施的有3项,覆盖了全球温室气体排放量的21.5%。2020年世界各国的碳定价机制收入高达530亿美元。《巴黎协定》设定的2°C控温目标提出的每吨CO₂当量40~80美元,大多数国家碳定价都偏低,而欧盟碳交易体系比较完善,价格达到50欧元。
碳定价机制的形成和完善对世界将产生巨大影响,并会冲击现有的经济体系,导致产业链重构,将改变现有的经济版图。及早摆脱对化石能源的依赖、完成能源经济转型将会处于有利地位。
中国是个大国,大国就要有大国的责任和担当。习近平主席紧跟世界潮流,结合我国的情况,在联合国大会上庄严提出了我国“双碳”目标,彰显了大国风范。
从国内形势看,随着石油、煤炭等化石能源的大量开采利用以及生态环境的恶化,我国环保压力不断上升,发展低碳经济已经成为实现经济发展和资源环境保护双赢的必然选择。低碳发展实质上就是以应对全球气候变化、保护人类地球家园为导向,以控制CO₂排放为载体,以低碳技术和低碳制度创新为手段,加快形成以低碳为特征的产业体系、能源体系和生活方式,实现社会经济的可持续发展。
我国高度重视低碳发展工作,继习近平主席提出“双碳”目标后,2020年12月中央经济工作会议把做好碳达峰、碳中和工作列为2021年八项重点任务之一。今年3月15日,习近平总书记在中央财经委员会第九次会议上指出,要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局,这是党中央经过深思熟悉后作出的重大战略决策。全国两会《政府工作报告》强调,扎实做好碳达峰、碳中和各项工作,制定2030年前碳排放达峰行动方案。4月30日,中共中央政治局召开会议,明确要有序推进碳达峰、碳中和工作,积极发展新能源。为贯彻党中央国务院的系列部署,各地区、各行业、各有关部门都在积极研究制定碳达峰、碳中和的行动方案及路线图。很多大型国企积极响应号召,提出比2030年还要更早的碳达峰行动方案,如中石化、国家能源公司等。
建立全国碳排放交易市场是我国碳减排的一项新的制度安排,也是碳减排的一项重要举措。我国碳排放交易稳步发展,已经建立了北京、天津等7个碳排放权交易试点,覆盖了电力、钢铁、水泥等20余个行业近3000家重点排放单位。截至2021年6月,碳市场累计配额成交量4.8亿吨CO₂当量,成交额约114亿元。《碳排放权交易管理办法(试行)》于今年2月1日起正式施行。全国碳排放权交易市场也于7月16日正式启动,发电行业的2225家企业率先被纳入全国碳市场,启动第一个履约周期。开市的第一天交易量约410万吨,开市价格为48元/吨,首笔成交价为52.78元/吨。国家计划包括化工在内的其他7个行业将在“十四五”期间逐步纳入,届时纳入碳市场的企业将有8000家以上,碳排放总量约67亿吨,占全国碳排放量的72%,我国将成为全球覆盖温室气体排放量规模最大的碳交易市场。
氮肥、甲醇行业碳减排任务艰巨
据BP公司统计的结果显示,2019年全球碳排放总量达342亿吨,其中我国碳排放已经达到近100亿吨的规模。中国的能源结构是“富煤缺油少气”,当前的能源消费仍以煤炭为主体,煤炭的消费占能源总消费比例为58%,远超世界27%的平均水平。从碳排放量的角度来看,我国煤炭消费碳排放为73亿吨CO₂,占比最大。在实际应用中,煤炭既作为化工生产的动力源,同时也是甲醇、合成氨等煤化工产品重要的原材料。煤化工的碳排放具有单个排放源排放强度大、生产工艺过程中碳排放浓度高的特征,煤化工过程的碳排放强度远远高于全国平均水平,为平均水平的10~20倍。因此我国发展煤化工产业面临非常严重的碳排放问题。
根据生态环境部统一部署,“十四五”期间石化、化工、建材、钢铁、有色金属、造纸、航空等行业将逐步纳入全国碳市场。石化和化工行业属于资源型和能源型产业,产品生产主要以天然气、煤炭等化石能源为原料,生产过程中CO₂等温室气体排放量大,在低碳发展中担负着极其重要的任务。
据统计,我国石化和化工行业能源消费量达4.2亿吨标煤,约占到全国消费总量的8.4%；石化和化工行业每年的CO₂排放量达到11亿吨左右,约占全国排放总量的10%。合成氨、甲醇行业在石化和化工的子行业中碳排放量名列前茅,73.7%的合成氨、77.3%的甲醇产能是以煤炭为原料生产。生产1吨合成氨,煤头路线CO₂排放约为4.2吨,天然气头路线约为2.04吨；生产1吨甲醇,煤头路线CO₂排放约为3.1吨,天然气头路线约为0.58吨。2020年合成氨、甲醇行业CO₂总的排放量分别为2.19亿吨和1.96亿吨,分别占石化和化工行业排放总量的19.9%和17.8%,二者合计CO₂排放量约占到石化和化工行业排放总量的38%。所以氮肥、甲醇行业碳减排压力巨大,将迎来新一轮供给侧改革,这也将是一场“硬仗”。
另外,氧化亚氮是硝酸、己二酸生产过程中产生的一种非CO₂温室气体,具有较高的温室气体全球变暖潜能值和破坏臭氧层的作用,其全球变暖潜能值为298。我国是硝酸生产大国,硝酸年产量1320万吨,年排放氧化亚氮总量10万吨,折合CO₂排放当量约3000万吨。当然,目前国内对氧化亚氮排放还没有相关法规限制。
今年4月16日,习近平主席同法德领导人举行视频峰会时表示,中国已决定接受《<蒙特利尔协定书>基加利修正案》,加强非CO₂温室气体管控。生态环境部发布的《关于加强企业温室气体排放报告管理相关工作的通知》中,将硝酸生产企业纳入到碳排放数据报告与核查的名单中。此外,应生态环境部气候司要求,氮肥协会编写了《硝酸行业氧化亚氮减排行动方案》。“十五五”期间国家很有可能将氧化亚氮纳入到全国碳市场。今后硝酸企业也要积极开展减排工作,为下一步非CO₂温室气体减排做好准备。
根据以上情况,我们预计,随着“双碳”任务的广泛落实,今后氮肥和甲醇高碳排放行业的产能扩张将极度受限,未来新增项目审核难度也将大幅增加,部分产能不仅要通过减量置换方式建设,还需要购买碳排放指标和申请用能指标,会增加项目建设成本。在严格的碳排放标准规定之下,煤化工行业(包括氮肥和甲醇)成本会出现一定提升,落后产能的淘汰或将加速。由于国际上氮肥和甲醇生产绝大多数是以天然气为原料,碳减排压力相对较小,这将导致我国煤头氮肥和甲醇在国际上的竞争力下降。
但是,事物总有两个方面,碳减排政策提高了行业的准入门槛,新的产能扩张受限,这对现有企业将是一大利好。因为在碳排放和用能指标的分配上,都是会以现有情况为基础,现有企业享有现有用量豁免权和优先权,可以获得免费的用能指标和碳排放配额。对于存量产能,尤其行业内的高效低耗优质企业将进入强者更强阶段,这将进一步加大行业的两极分化。
碳减排的主要任务和工作重点
在“双碳”背景下,对于氮肥、甲醇行业而言,如何搞好碳减排是一项全行业共同面临的重要而又紧迫的任务。“十四五”是碳达峰的关键期和窗口期,对于我国氮肥、甲醇行业而言,必须要预先准备、提前布局,扎扎实实做好碳减排各项工作。
一是认清形势、摸清家底。生产企业必须加强学习,紧跟国内外形势,知晓国家碳减排方针政策,关注碳排放配额,熟悉碳市场运行规则,了解碳市场走向。要培养自己的碳核算专职人员,摸清自己碳排放家底,弄清从原料到产品的碳足迹,完善计量体系,做好碳资产盘查。新建项目要加强能效评估和碳排放评估。适时跟踪行业内外碳减排的成功经验,如发电、钢铁行业和煤化工、氯碱行业,以及氮肥、甲醇行业内的一些成功做法,研究制定合理可行的碳减排措施和路径,走出一条科学的碳减排之路。
特别要强调的是,中小企业也要重视碳减排工作,不要认为碳定价离自己尚远,碳达峰、碳中和是大企业要关注的问题,特别是在疫情、安全环保和经济效益压力的背景下,企业会把更多的精力放在生存上。当前,碳减排的大势已定,气候行动与每一个企业密切相关,这是每个企业的必答题,不可回避,必须认真面对。
二是要做好节能提效工作。行业以煤为主的原料结构短期难以改变,这就决定了氮肥、甲醇行业实现碳达峰第一优选路径是提高能源利用效率。如果我国合成氨企业平均综合能耗能从目前的1273千克标煤/吨氨下降到先进水平1150千克标煤/吨氨,每年则可少用730万吨标煤,减排1940万吨CO₂,占2020年碳排放总量的8%左右。节能提效主要依靠先进节能技术的开发和应用,包括煤炭高效利用、余热余压综合利用、大型机组节能改造、蒸汽系统优化改造、用能设备更新改造等。
以天然气、焦炉气为原料的氮肥和甲醇企业虽然碳减排压力相对较小,但也不是没有,仍然要以节能减排为核心,提高能源利用率,将碳减排的工作做得更好。
三是做好CO₂资源化利用。将CO₂转化为化学品实现碳回收利用,是末端降低碳排放的重要手段。尿素、甲醇就是利用CO₂的传统化工产品,吨尿素消耗0.75吨CO₂,吨甲醇进入产品折算消耗CO₂为1.375吨,每年尿素和甲醇生产消耗CO₂超过4200万吨和9900万吨。此外,随着新技术的开发,CO₂制化学品的新技术还会不断涌现,如CO₂加氢气制甲醇、CO₂生产碳酸酯、CO₂生产生物基化学品、CO₂生产可降解塑料等。当然,不可否认的是,CO₂的大量利用是世界性难题,需要全社会的共同努力,还需要下大力气研发和投入,锲而不舍,久久为功。行业要密切关注新技术的进展,适时推进相关项目建设。
对于尿素是否计入减碳产品,目前还没有统一的说法。从全生命周期角度考虑,氨气与CO₂合成尿素,并不能减少CO₂排放。这一是因为尿素用作肥料时,最终CO₂全部排入大气,并没有被作物吸收利用；二是尿素生产本身要耗能(蒸汽和电),也间接增加了CO₂排放。国际能源署(IEA)和国际肥料协会(IFA)经研究都不认为尿素是减少碳排放的肥料品种,而认为尿素全生命周期的碳排放比硝基肥料高30%以上。目前我国对尿素是否减碳还没有各方认可的说法。
其他CO₂资源化利用产品怎样才能计入减碳范畴,这是一个很复杂的技术问题。因为总体上有物理法和化学法两大类,但其方法和产品数量都非常多,究竟以什么标准认定还需要研究和讨论。
化石能源排放的CO₂浓度相差很大,从百分之零点几到百分之九十九点几,氮肥和甲醇行业也是这样。利用要从排放浓度高、气体压力大和输送距离短的CO₂起步,这样可以减少捕获、压缩和运输成本,降低因减碳而增加的项目投资和支出。
但必须指出的是,碳减排要因地制宜,要从实际出发,不可盲目一刀切,不能搞花架子,做样子工程,更不要搞运动式减碳。碳减排要强调实用性和可操作性,方案要落地,工艺技术要成熟可靠,其经济效益与化石能源相比降低幅度不可过大。
四是优化能源结构。能源低碳化是实现源头减碳的最佳选择。天然气作为传统能源中的低碳清洁能源,在今后的能源转型中将发挥重要作用。目前,我国的天然气大部分用于民用领域,热利用效率仅为30%~40%。如果用电来替代,热利用率可达90%左右。未来,民用领域使用新能源电增多后,节省下来的天然气可用于工业领域。天然气制合成氨和甲醇的碳排放强度相比煤为原料要低50%以上。此外,据测算,到2030年,我国非化石能源消费占比将由15%左右提升到25%,新能源发电成本将大幅降低。远期看,行业可有序推进生产过程的电气化改造,减少蒸汽用量,降低化石燃料的使用;有条件的企业可与相关企业合作建设光伏、风能发电等配套项目。
氢能利用是全社会关注的重点。目前全球氢气的年产量约7000万吨,其中96%的氢气是化石原料生产的,只有4%的氢气来自电解水,其中大部分为来自化石能源的电力制造的氢气(灰氢),只有很少一部分是不排CO₂的可再生新能源制造的氢气(绿氢),我国也是如此。目前我国氢气年产量约3318万吨,其中95%是石化和化工行业生产的。近期我国可再生新能源在国家的大力扶持下发展迅速,成本下降也较快,市场期待较高。但光伏和风电有其间歇性和波动性的特点,太阳不可能总是朗日,风能也不可能永动,最为重要的还有可再生能源的价格问题,而且目前氢储运技术还存在短板。如果一旦实现可再生能源价格与化石能源相当或稍高,储运技术有所突破,“绿氢”可能会被大量采用,这样就可以彻底扭转行业对化石能源的路径依赖,大大减轻行业碳减排压力。因此,以可再生能源发展氮肥和甲醇工业可能将是行业的长期发展战略。
五是做好参与碳市场的准备。日前,生态环境部应对气候变化司向中国石油和化学工业联合会发出《关于委托中国石油和化学工业联合会开展石化和化工行业碳排放权交易相关工作的函》,委托开展全国碳市场相关工作,氮肥协会主要负责氮肥、甲醇行业的工作。接下来,协会将主要围绕碳配额分配方案制定、全国碳市场运行测试、行业碳排放数据调查、碳市场建设和运行过程中问题的反馈以及碳市场基础能力建设等方面开展研究工作,为行业纳入全国碳市场做好各项准备。
企业要深入研究好碳市场,吃透碳市场规则,弄懂碳市场内在关系,了解碳市场的内外部环境和履约程序,做到利用碳金融工具为我服务,实现从碳成本向碳收益转化。同时,企业内部要根据碳市场的规则建立碳减排规章制度,并与经济效益挂钩,促进碳减排工作深入落实。
六是做好碳达峰行动方案。目前国家正在制定CO₂排放达峰行动方案,按照方案要求,要重点推进钢铁、建材、有色、化工、石化、电力、煤炭等重点行业碳减排工作,提出明确的达峰目标并制定达峰行动方案。据中国氮肥工业协会预测,在常规情景下,我国合成氨、甲醇总量仍处于增长态势,到2030年,碳排放量预计将分别达到2.49亿吨和3.02亿吨。总量是影响碳排放量的最主要因素,总量得不到控制,排放量就很难降下来。今年年初,氮肥协会编写了氮肥、甲醇碳排放达峰行动方案,但是方案中没有提出明确的达峰时间表和路线图。氮肥、甲醇行业是国民经济的基础产业,关系国计民生。甲醇今后的增长预期较高。氮肥是粮食的“粮食”,是保证农业丰收的根本保障。氮肥近几年在工业消费方面增长较快；在农业消费方面,氮肥已经历从高峰期到下降期、后又转入平台期的过程,今后需求每年还会略有回升,呈现刚需的特征。世界上也是这样,国际能源署研究表明,合成氨直到2040年碳排放才可达峰。下一步,我们要广泛开展调查研究工作,要因地制宜,不要盲目攀比,不要一味跟风,实事求是地制定出行之有效的行动方案和配套措施。
另外,在制定碳配额方面,也要结合行业实际,力争初始配额相对宽松,以后配额基准值逐年降低,对现有企业的压力逐步增大,以适应形势。我们还要配合政府有关部门做好服务工作。
总之,国家碳达峰、碳中和总体目标已经确定,氮肥、甲醇行业碳减排任务繁重而又艰巨,既要做好高质量发展的加法,又要做好碳减排的减法。我们必须齐心协力,共同奋斗,以创新驱动碳减排,以节能降耗助力碳减排,以行业高质量发展带动碳减排,就一定能够化挑战为机遇,为实现行业绿色低碳转型发展作出更大贡献!