今天是全国低碳日。“低碳日”的主要目的是提高公众对气候变化和碳排放问题的认识和关注。
甲烷(CH4)和氢氟碳化物(HFCs)被称为“超级温室气体”,是因为它们在单位质量上的温室效应远高于二氧化碳(CO2)。除了这两种超级温室气体以外,一氧化二氮(N2O)、全氟碳化物(PFCs)、六氟化硫(SF6)和三氟化氮(NF3)这四种气体也是亟需关注的超级温室气体。
NRDC项目官员周雅婧撰文介绍了这些超级温室气体,本文原载于《世界环境》杂志。
全球范围内,非二氧化碳温室气体排放量已占到温室气体总排放量的四分之一,且排放量还在不断增加。甲烷(CH4)、氢氟碳化物(HFCS)、一氧化二氮(N2O)、全氟碳化物(PFCS)、六氟化硫(SF6)和三氟化氮(NF3)这六种气体均为《京都议定书》框架下需要管控的非二氧化碳温室气体。甲烷与氢氟碳化物的减排已受到广泛关注,在实现 《巴黎协定》气候目标的过程中,其他四种非二氧化碳温室气体的减排同样至关重要。本文介绍了这些温室气体,并逐一梳理了它们的减排现状和挑战。
一、农业与工业领域的一氧化二氮
一氧化二氮是继二氧化碳和甲烷之后的第三大温室气体,其温室效应是二氧化碳的200多倍。自然界中本身就有一氧化二氮的存在,但农业生产、工业生产、化石燃料燃烧等人类活动导致大气中一氧化二氮的浓度不断上升,目前约40%的一氧化二氮的排放源自人类活动。
我国是全球最大的一氧化二氮排放国,其中约有一半的排放来自农业,主要是氮肥的施用;四分之一的排放来自工业中己二酸、硝酸和己内酰胺等化工原料的生产;剩余排放主要来自化石燃料燃烧。
近年来,我国通过合理施肥和推广新型肥料,已在农业领域的一氧化二氮减排上取得了一定成效;但由于土地和资源限制,在不影响粮食生产安全的前提下大幅减少肥料施用仍面临挑战。
在工业领域,目前国际上普遍采用催化技术对硝酸、己二酸生产产生的一氧化二氮进行减排处理,技术较为成熟,减排效率可达到90%以上。在我国,己二酸和硝酸是重要的化工原料。随着国内工业产能和产量的增长,一氧化二氮的排放量持续增加。国内企业一度通过进口催化剂进行一氧化二氮减排,但进口催化剂的成本较高。以硝酸减排为例,每生产一吨硝酸,催化剂的成本约为20万元。2013年前,我国有48家企业通过参与联合国清洁发展机制(CDM)的一氧化二氮减排项目获取资金,以此承担催化减排成本并取得额外收益。在CDM项目结束后,由于缺少其他机制抵消催化成本,这些企业的一氧化二氮减排工作就基本停止了。也有少数参与过CDM项目的企业在研究国产催化剂以降低成本,但行业整体积极性不高。如果企业能通过政府补贴或参与碳市场交易等形式降低减排成本,工业一氧化二氮减排就可能取得较好的成效。
二、金属冶炼中的全氟碳化物
全氟碳化物包括多种气体,其中四氟化碳(CF4)占多数。全氟碳化物气体在大气中的存留时间较长,可达几千年甚至上万年,其温室效应是二氧化碳的7000倍以上。我国的全氟碳化物排放基本来自金属冶炼,电解铝过程中阳极效应产生的全氟碳化物最多。
全国电解铝的现有产能基本接近国家规定的合规产能(约为4500万吨)的上限,因此,全氟碳化物的排放也基本接近顶峰。目前,电解铝企业主要通过精细化管理和工业优化等措施来减少阳极效应的发生,从而降低全氟碳化物的排放量。
除了从源头减排,还需要对全氟碳化物的排放数据进行更好的核算和监测,建立更全面的监管体系。目前,企业大多通过核算对全氟碳化物排放量进行计算,然而,由于不同企业不同生产线的排放情况差异较大,不同企业对于阳极效应的判定标准也不同,实际检测的排放情况与核算数据存在较大差异,不利于全氟碳化物排放的监管。未来要建立完善的监测评估体系,对电解铝行业的全氟碳化物排放进行更好的监测,电解铝阳极效应控制系统、阳极效应判定与记录等方面都需要进一步规范,与国际接轨。
三、电力行业中的六氟化硫
六氟化硫是目前已知温室效应最强的非二氧化碳温室气体,其温室效应是二氧化碳的20000多倍。六氟化硫完全由人工合成,其结构极为稳定,有良好的绝缘性和灭弧性,因此,约80%被应用在电力行业,尤其是高压和特高压电网设备中。
目前,国内主要通过电网企业自主行动减少六氟化硫的使用与排放,包括通过在中低压配电网中使用替代气体以及提高回收利用率等方式来降低六氟化硫的用量。但由于高压设备中替代气体技术不成熟,目前高压和特高压设备中的灭弧气体仍以六氟化硫为主。
四、电子工业中的三氟化氮
三氟化氮完全来自工业合成,其温室效应是二氧化碳的17000多倍 。三氟化氮主要作为电子特气用于电子工业中的蚀刻和清洗,广泛应用于半导体、液晶面板和薄膜太阳能电池的生产。
我国是全球最大的半导体和面板生产国。近年来,随着产业技术的发展,面板精细化程度提高,三氟化氮的需求也随之增长。三氟化氮在 《京都议定书》多哈修正案中才被加入非二氧化碳温室气体名单,该修正案于2020年正式生效,因此,三氟化氮作为温室气体受到的关注相对较少,我国也缺少相应的官方排放数据。在电子工业中,三氟化氮是用量最大的电子特气,行业内正在尝试使用三氟化氮替代其他温室效应更强的气体。目前,除提高三氟化氮的利用率以减少浪费外,还没有找到有效的替代三氟化氮的方案。
五、推进对其他非二氧化碳温室气体的管控
近年来,国际社会对非二氧化碳温室气体的关注度逐渐提高。我国也在积极参与并推动非二氧化碳温室气体管控的国际合作。2023年,中美在《关于加强合作应对气候危机的阳光之乡声明》 中共同承诺,“两国2035年国家自主贡献将是全经济范围,包括所有温室气体”。在随后的《联合国气候变化框架公约》第二十八次缔约方大会(COP28)期间,按照声明约定,中美联合举办了“甲烷和非二氧化碳温室气体峰会”,对加速非二氧化碳温室气体减排的国际合作等议题进行了探讨。在2024年中美“21世纪20年代强化气候行动工作组”的两次工作会议上,两国明确表示,将在COP29期间举行第二届“甲烷和非二氧化碳温室气体峰会”,加强在非二氧化碳温室气体管控方面的国际合作。
在国家政策层面,我国在2024年年初发布的《中共中央 国务院关于全面推进美丽中国建设的意见》明确提出,将“研究制定其他非二氧化碳温室气体排放控制行动方案”,表明了国家对开展非二氧化碳温室气体管控的决心。随着甲烷和氢氟碳化物管控工作的推进,政府部门有望积累更多关于非二氧化碳气体的管控经验,加速对甲烷和氢氟碳化物之外的非二氧化碳温室气体的减排,助力《巴黎协定》目标的实现。