催化燃烧 温室气体和空气污染物协同治理研究展望

2020-08-30 05:05:29 177

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摘要:温室气体和空气污染物的协同治理是一种双赢的策略。自协同效应的概念提出以来,大量研究对温室气体和大气污染之间的协同减排技术、措施、潜力等方面进行了评估。本研究回顾了协同治理理论的发展历程、典型案例以及重要的政策实践,在此基础上讨论了当前研究与实践的特点,并对未来研究提出了建议。典型案例涉及能源、交通、工业和居民部门,政策实践讨论了温室气体和空气污染协同治理政策的主要类型及其实施情况。从损失评估、协同机理、高精度排放清单及模拟等角度对未来促进协同治理的研究提出了方向建议。

引言

我国当前面临的打赢蓝天保卫战、实现绿色低碳发展的重要任务,需要同时做好大气污染防治和温室气体减排工作。在《大气污染防治行动计划》的推动下,我国空气质量明显好转,但由于产业结构偏重、能源结构偏煤、运输结构偏油等问题没有得到根本解决,臭氧、硝酸盐、铵盐和黑碳等大气污染的防治任务仍然艰巨。在温室气体减排方面,2005年中国超过美国成为全球温室气体排放量最大的国家,2013年中国人均碳排放达到了7.2吨,超过了欧盟的6.8吨。2015年6月,中国为推动《巴黎协定》达成,提出了“到2030年,单位国内生产总值(GDP)二氧化碳排放比2005年下降60%~65%”“二氧化碳排放在2030年左右达到峰值并争取尽早达峰”等应对气候变化的国家自主贡献目标。但我国能源消耗型工业占比较高,城镇化过程仍在持续推进,预计短期内仍有大量的能源消耗需求。同时,产业升级、非化石能源体系的建立和推广等过程耗时长、成本高。在此背景下,中国控制温室气体排放的压力较大。

在严峻的现实需求和积极的宏观政策号召下,深入探讨我国温室气体和空气污染物的协同治理问题具有重要的意义。首先,协同治理有利于降低大气污染防治和温室气体减排的总成本。从长远来看,要实现温室气体排放达峰的目标,必然要进行产业结构的深度调整和升级。而短期内由于大气污染物的排放控制靶向更明确,管控更严格,如果不考虑协同作用,企业会倾向于选择采用短期内效果更显著的末端处置设备。相比于协同情景下实现路径的一次全局优化,无协同情景下的二次决策很可能会带来成本浪费,甚至增加治理费用,例如,燃煤电厂的末端脱硫措施将增加CO2排放,燃煤电厂的碳捕集与封存技术(CCS)也将因其自身的电力消耗而引起大气污染物排放的增加。其次,进行协同治理有利于避免高碳锁定效应。以一次能源消耗和高耗能行业引领的工业发展路径在促进我国经济腾飞的同时,也造成了我国工业行业排污比重高的现状。单独的污染排放管控,有可能将解决方案锁定在相对高效的末端治理技术上,从而削弱低碳转型的动力,产生进一步的高碳锁定。

1 温室气体和空气污染物协同治理概念的起源及发展

20世纪90年代已经有相关学者对温室气体和空气污染物的协同治理进行了初步研究。Ayres和Walter论述了温室气体减排的成本和效益,指出了其间接效益包括空气污染物的减少及其产生的相关健康效应。Messner探讨了减排二氧化碳和二氧化硫的协同效应和相关政策冲突。关于协同效应(co-benefits)的定义源于2001年IPCC的第三次评估报告:“协同效应是指由于各种原因而同时实施的政策所带来的效益,它包括了气候变化的减缓,并且承认很多温室气体减缓政策也有其他甚至同等重要的目标,如空气污染物的减少”。IPCC第三次评估报告还将协同效应(co-benefits)的概念和在IPCC第二次评估报告中出现的副效应(ancillary benefits)进行了区分。协同效应是指在政策设计中被明确提及的目标,而副效应是指随着主要政策附加出现的一些其他效应。

随后的IPCC第四次评估报告和IPCC第五次评估报告对温室气体和空气污染物的协同治理政策进行了更深入的探讨。IPCC第四次报告进一步指出协同效应的概念通常也指“无后悔”政策,这是由于很多项目和行业的减排成本研究已经识别出了温室气体减排政策具有潜在的负成本,即实施这些政策所带来的协同效益会大于其实施成本,因而这些具有负成本的减排政策通常被称为“无后悔”政策。相关研究显示废气处理工程,温室气体减排政策所带来的空气污染减缓协同效应不仅可以改善人体健康状况,而且也会对农业生产和自然生态系统产生影响,这种近期可见的效益为“无后悔”温室气体减排政策的实施奠定了基础。IPCC第五次评估报告将协同效应区分为了积极的协同效应和消极的协同效应(不利的副作用)。该报告探索了温室气体减排路径的技术、经济和制度需求以及相关的潜在积极协同效应或不利的副作用。2018年发布的《IPCC全球升温1.5℃特别报告》则将协同效应的概念进一步聚焦在积极影响上:“协同效应是指实现某一目标的政策或措施对其他目标可能产生的积极影响,从而增加社会或环境的总效益”。协同效应的评估往往会受到不确定性因素的影响,并取决于当地具体的外部环境和政策实施条件。

2 终端部门协同治理的主要路径

很多研究往往以孤立的视角单独聚焦全球气候变化或者局地空气污染问题,但是这两类不同的环境问题却紧密相关,大多都是由相同的能源生产或消费模式所驱动,因而亟须设计相关政策对温室气体和空气污染物进行协同控制。温室气体和空气污染物协同治理的影响是双向的,一方面,温室气体减缓政策可以产生空气污染物减排的协同效应,另一方面,减排空气污染物的政策也会产生减排温室气体的协同效应。此外,也有整合了气候变化与空气污染物的综合性政策同时考察温室气体和空气污染物协同减排效果的研究。目前国内外很多的研究文献都在定量地评估减排温室气体或空气污染物所产生协同效应的大小。从部门层面上来看,温室气体和空气污染协同治理的主要部门包括能源部门、交通部门、工业部门和居民部门。

能源部门是对温室气体排放和局地空气污染贡献都较大的一个行业,化石能源的燃烧同时驱动了这两种环境问题的排放。在能源部门治理这两种环境排放行为的减排政策通常也是单独实施,例如,针对煤炭发电厂的碳捕集与碳封存(CCS)技术,但它仅会减少CO2的排放,却不能减少空气污染物的排放;而常规大气污染物(NOx、SO2、PM)通常采用末端治理技术进行治理,但此技术并不会减少温室气体的排放。能源部门协同治理的实现措施主要集中在发电效率的提升和发电结构的优化。发电效率的提升主要是通过淘汰小型低效的火电机组,新建大机组以持续降低发电煤耗;发电结构的优化主要通过提高可再生能源的发电比例,并降低煤炭发电的占比。发电产生的大气排放的影响取决于发电厂的空间分布和电力调度决策,对低碳电力空气质量影响的评估必须考虑到相关排放的空间异质性变化。低碳电力政策所产生健康效应的货币化价值可以抵消掉很大一部分气候政策的实施成本,有些能源政策的健康效益值甚至还会超过温室气体的减排成本。

交通部门是许多区域空气污染的主要来源之一废气处理工程,并且全球交通部门的二氧化碳排放量估计约占25%。虽然交通部门也存在同时解决两类环境问题的措施,但是很多国家往往更强调解决其中的一种环境问题,而不是致力于探寻双赢的解决方案。因此,很有必要加强对交通部门温室气体和大气污染物协同治理的认识。交通部门主要包括公路、铁路、水运和航空等交通方式,其协同减排温室气体和空气污染物的措施包括:能效的提升、交通出行模式的转变、建设紧凑的城市形态和完善的交通基础设施等。交通部门温室气体和大气污染物的协同治理特性不仅被全球层面的研究所证实,也被应用于首尔、波哥大、伦敦和墨西哥城等城市层面的研究中,并考察了交通部门大气减排的多重环境效益和社会效益。

工业部门包括化工、钢铁、水泥、铝、纸张的生产以及矿物开采等行业。目前工业部门的大气减排措施主要包括通过新工艺和技术提高能源效率、降低碳强度、减少产品需求、提高物料利用率和回收率等。全球很多大规模的工业生产都依赖于发展中国家的能源密集型产业,而发展中国家的污染减排技术相对落后,存在较大的改进空间。例如,Thambiran等评估了南非德班工业部门的温室气体和空气污染物协同治理政策,研究发现,当炼油厂从使用重燃料油转向使用炼厂气和富含甲烷的天然气时,可以最大程度地实现两类环境问题的协同减排。水泥行业也是颗粒物和二氧化碳排放的主要污染源,中国各省份水泥行业不同碳减排技术产生的空气质量协同效应具有很大差异性,在人口密度较高的地区和较为富裕的省份,空气质量的协同效益较为显著。将空气质量协同效应考虑在内,会大大降低碳减排的社会成本,因此,区域协同效益的识别是优化温室气体减排政策设计的关键。

居民部门包括供暖、照明、烹饪、空调、制冷和其他电器的使用等。居民部门的大气排放主要来源于电力和能源的消耗,特别是发展中国家家庭使用的燃烧效率低下的传统固体燃料和生物质燃料等。一些减缓气候变化的措施,如改进炉灶,改用更清洁的燃料,改用更高效、更安全的照明技术等,不仅可以解决气候变化问题,而且可以缓解因室内空气污染造成的健康问题。通过燃料替代解决广大农村地区的散煤使用是中国居民部门实现环境与气候协同治理的关键。Wilkinson等人指出,在印度全国实施促进现代低排放炉灶技术的计划,可以带来显著的健康效益。Jamison等人评估了在世界不同地区实施的旨在减少使用固体燃料做饭或取暖造成的室内空气污染等特定干预措施的实施成本及其健康效益,研究结果表明,只要能够大幅减少在室内空气污染中的暴露,这些干预措施就具有成本有效性。虽然目前许多国家和地区正在实施一系列能源创新项目,但特别需要集中精力实现发展中国家家庭能源系统的改善,从而减缓发展中国家居民因室内空气污染而引起的健康损害。

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