中国造纸行业碳减排、碳达峰路径探讨

2022-11-09呼盼威

造纸信息 2022年7期

文呼盼威

核心提示：针对造纸行业能耗和碳排放特点、行业未来发展规划及双碳相关政策要求，分析了双碳背景下造纸行业面临的挑战，并结合行业特点，提出了产业结构优化、能效提升、能源结构优化、废弃物资源化利用、管理模式创新等方面的重点碳减排举措，为造纸企业实现碳减排、碳达峰目标提供参考。

1 背景介绍

气候变化是全球面临的重要且紧迫的挑战，从环境、社会、经济等多个维度影响着人类的生存与发展。为应对气候变化，全球各经济体加快推进减排计划。2020 年，我国正式宣布“二氧化碳排放力争于2030 年达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和”的目标（以下简称双碳目标）。双碳目标已成为一项长期国家战略，不仅被定义为能源与环境的问题，更是经济与发展的问题，需要多个系统、各个行业共同努力去实现。国务院于2021 年发布《2030 年前碳达峰行动方案》，提出到2025 年单位国内生产总值（GDP）能耗比2020年下降13.5%，单位GDP 二氧化碳排放比2020 年下降18%的目标。随后，国资委印发《关于推进中央企业高质量发展做好碳达峰碳中和工作的指导意见》、中华全国工商业联合会印发《全国工商联关于引导服务民营企业做好碳达峰碳中和工作的意见》，标志着国内企业开展双碳行动的纲领已然形成，双碳工作也将迈入实质性推进阶段。

2 造纸行业的能耗、碳排放现状

造纸行业整体能耗和碳排放总量较小，但化石能源依赖度高。根据国家2020 年能源统计年鉴，2019年全国能耗总量为48.6 亿t 标准煤，造纸行业能耗为3847 万t 标准煤，占全国能耗总量的0.5%，远低于钢铁（16%）、化工（13%）等高耗能行业。造纸行业消耗的能源主要为电力、热力和煤炭，整体化石能源依赖度高。煤炭主要用于工业锅炉产生蒸汽;热力主要用于碎浆、纸机干燥、脱水、涂布、调态、压光等工序;电力主要用于制浆设备、造纸设备等设备运行，部分用于生产照明、仪表、办公等。2020 年，纸浆单位产品综合能耗为350 kgce/t，纸及纸板单位产品综合能耗为480 kgce/t，高于发达国家的能耗水平。

造纸行业企业碳排放源类别主要包括：①直接排放：自备热电站、石灰窑、碱回收炉、纸机干燥等工段运行过程中煤炭、燃气、柴油、重油等化石燃料燃烧；备料过程产生的树皮、木屑，硫酸盐制浆过程产生的黑液等生物质能源燃烧；②过程排放：制浆过程碱回收工段用石灰石、自备电厂脱硫用外购碳酸盐分解过程产生的二氧化碳排放；废水厌氧处理过程中产生的甲烷排放；③间接排放：净购入使用电力、热力所导致的二氧化碳排放。根据造纸行业的能耗情况测算，2019 年造纸行业能源消耗所产生的碳排放总量为9211 万t CO2（不包含过程排放及非化石能源燃烧的直接排放），其中49.3%的碳排放来自于电力消耗，25.6%来自于热力消耗，约19.3%来自于煤炭燃烧（见图1）。

图1 造纸行业碳排放结构

3 造纸行业面临的挑战

在双碳背景下，造纸行业面临着来自成本、碳管理、产业链以及发展层面的挑战。

挑战一：成本层面，化石能源依赖度高，能源成本升高带来生产成本增加的挑战。由于能耗双控等因素的影响，化石燃料成本增加，造成企业用能成本增加。如2021 年1—10 月煤价整体上涨，平均价格为1038 元/t，同比增长86%。尤其对配有燃煤锅炉和燃煤自备电厂的企业产生直接影响。挑战二：管理层面，造纸行业纳入碳市场后，企业面临碳管理压力增大的挑战。2021 年2 月1 日，生态环境部发布的《碳排放权交易管理办法（试行）》正式施行，其中涵盖101 家造纸企业自备电厂在内的全国碳市场第一个履约周期正式启动。企业新增包括数据管理、交易履约、资产管理等各方面的相关工作。挑战三：产业链层面，供应链碳中和及低碳壁垒，将带来制约国际贸易的挑战。多数知名跨国公司均制定了碳中和目标，并要求其产业链上供应商实现碳中和。其次，贸易国设置的以碳关税、碳足迹等为代表的绿色壁垒，如欧盟碳边境调节税，将对造纸行业的国际贸易产生较大影响。挑战四：发展层面，环保政策日趋严格，将带来新建项目落地受限的挑战。根据《造纸行业“十四五”及中长期高质量发展纲要》，到2025 年和2035 年，全国纸及纸板总产量达到1.4 亿t 和1.7 亿t，纸产品的需求量不断增加。因此预计到2030 年前，造纸行业产能仍将持续增加。虽然造纸行业能耗和碳排放总量较小，在《生态环境部关于加强高耗能、高排放建设项目生态环境源头防控的指导意见》（环环评〔2021〕45 号）中，造纸行业未被纳入全国“两高”项目范畴，但纸及纸板产量100 万t/a 以上的地区中广东、浙江、广西明确将造纸制浆行业纳入“两高”项目范畴。从政策发布的力度来看，国家及地方对高耗能、高排放新建项目严格控制，造纸行业部分项目面临着新建拟建项目难审批、难落地的挑战。

4 造纸行业低碳发展路径探讨

为了应对双碳带来的挑战，建议造纸行业展开以下五项重点行动，包括过程高效化、能源清洁化、资源循环化、管理创新化以及产业结构优化（见图2）。五项重点行动需要同时推进，协同作用助力造纸行业实现双碳目标。

图2 造纸行业碳达峰碳中和路线图

4.1 企业重点碳减排举措

路径一：过程高效化

根据《造纸行业“十四五”及中长期高质量发展纲要》，造纸行业力争在“十四五”期间将单位产品实际工艺综合能耗（外购和自产能源合计）纸浆由350 kgce/t 降为320 kgce/t，纸及纸板由480 kgce/t 降为450 kgce/t，达到国际较先进水平。企业针对自身情况开展节能技术改造是最直接且最可控的节能减排方式。根据《造纸行业国际能效及脱碳技术指南》，针对造纸过程对能耗影响较大的工艺过程，推荐了13 项具有较高能效提升和推广应用潜力的措施（见图3）包括针对制浆工段的间歇式蒸煮器改善、高效率磨浆机、余热回收以及黑液蒸发器等；造纸工段的余热回收、蒸汽系统改造以及能源管理系统等节能减排措施。同时，若企业配备燃煤锅炉或自备电厂需要关注锅炉、汽轮机等设备的节能改造，提高行业整体热电联产比例。此外，在主要用能设备节能改造的基础上，还需要强化企业的能源管理，如优化锅炉运行控制、提高三级计量仪表配置率等。

图3 重点节能技改措施单位产品减排量

路径二：能源清洁化

能源清洁化是造纸行业实现双碳目标切实可行的途径之一。依托造纸行业在生物质资源方面的优势，企业可积极开展燃煤锅炉生物质掺烧或生物质能源替代的可行性论证，进而提高生物质能源的利用比例。以国内某造纸企业为例，将循环流化床燃煤锅炉改造为生物质锅炉，改造成本约为1000 万元，预计碳减排量为11 万t/a。

此外，根据企业厂区实际情况，可积极开展厂区光伏项目的建设并且自用该项目提供的电量，减少外购电力，降低企业碳排放。例如，浙江仙鹤股份在2014 年开始引入太阳能光伏发电，全面采用屋顶光伏，目前集团屋顶光伏装机总量为10.7 MW，同时新签订了20 万MW 的分布式光伏项目，预计年发电量4050 万kWh，可实现能耗节约4980 t 标煤。

最后，企业可以通过外购绿电的方式抵消部分能耗和碳排放，2021 年 9 月7 日，绿电交易开市。参与交易主体222 家，总交易电量68.98 亿kWh，绿电环境权益均价3.73 分/kWh；其中风电交易电量4.58 亿kWh，光伏交易电量64.4 亿kWh 。据统计，绿色电力成交价格较当地电力中长期交易价格增加范围为0.03～0.05 元/ kWh 之间。平均降碳成本为50～80 元/t CO2。建议企业提前关注并打通绿电采购渠道，与发电企业签署长期绿电采购协议。

路径三：资源循环化

造纸行业具有典型循环经济属性，可资源化利用的废弃物主要来自原材料环节和生产环节。造纸企业可以合理利用废弃物资源，提高资源利用效率，充分发挥减少资源消耗和降碳的协同作用。

原材料环节的废弃物资源化利用主要体现在以下两个方面，一是废纸回收利用，不仅可以保障原料供应，站在产品生命周期的维度也可以减少产品的碳足迹；二是开发林业剩余物、农业秸秆、甘蔗渣等废弃物制浆工艺，或直接将以上废弃物添加到燃煤锅炉中掺烧,降低化石能源消费占比，进而降低碳排放。

生产环节的废弃物资源化利用方式更加多元，如将制浆污泥添加到燃煤锅炉中掺烧，减少煤炭消耗量；将污水处理产生的沼气进行燃烧替代燃煤，减少碳排放；其次，制浆黑液回收利用也具有较大的减排意义，一方面可以开发黑液碱回收发电项目或供热项目，例如，亚太森博利用黑液浓缩燃烧的生物质热能进行发电，在全部回收利用黑液的同时，每年可减少300 多万t 碳排放。此外，碱回收白泥制备轻质碳酸钙，如太阳纸业将化机浆白泥全部转化成造纸填料碳酸钙。

路径四：管理创新化

碳市场不仅是有效控制企业碳排放的一种市场化手段，其运行机制流程对参与碳市场的企业在管理和商业模式上也提出了新要求。一方面企业新增碳管理相关工作，如碳排放数据管理、交易履约、碳资产管理等。另一方面，企业需要合理利用碳配额和减排量创造的新的资产价值和属性，在商业模式上进行变革和创新。针对管理方面，造纸企业需要提高自身碳管理能力，积极为碳市场做准备，提前设立碳管理部门以及建设合理的管理体系。管理体系建设主要体现在完善碳排放管理制度、制定有关管理文件和标准、明确各部门和岗位的权力职责以及制定碳排放数据管理、履约、交易的工作流程。针对商业模式方面，造纸企业合理利用碳资产，如开发CCER 项目、发展碳金融等。

4.2 产业格局优化

产业结构升级转型是引领造纸行业实现双碳目标的重要途径。造纸行业为推动产业结构升级转型，一方面站在全行业的维度需要持续淘汰落后和过剩产能、提高行业集中度，并根据各地区经济、资源能源禀赋目标合理布局造纸产能。另一方面站在企业的维度，需重视发展林浆纸一体化，优化产品结构，发展绿色低碳产品，同时加大创新生产工艺、技术装备的研发力度。

林浆纸一体化是实现企业上下游产业链延伸、提高自身规模、降低生产成本、实现企业和行业可持续发展的重要经营战略。发展林浆纸一体化可以加大造纸企业建设林地资源的热情，林业的发展一方面可以逐步提高木材原材料的供应能力，促进产品高质量发展；另一方面企业因一体化经营而盈利能力提升，进而加大对林业的经营投入，不仅提高了原材料的供应能力和稳定性，将部分林业资源合理开发成林业碳汇项目，还将致力于全社会降碳固碳。如APP（中国）从1996 年开始先后在广东、海南、云南等地大力发展人工林种植，成为中国林浆纸一体化的先行者。据统计，截至2020 年APP（中国）在国内已有超过27 万hm2的林区，累计吸收二氧化碳约4239.51 万t，2020 年碳汇净增量达462.39 万t。此外，得益于一体化经营模式，企业更易实现制浆造纸过程中的节能降碳和资源循环利用。

纸质包装材料因具有原料可再生、可降解、可循环使用、产能充足、使用方便、价格低廉等诸多优点，而成为部分替代被限塑料制品的最佳选择。研究显示，与典型的塑料产品相比，纸制品的全生命周期碳足迹更低，例如PET 塑料的产品碳足迹约为3.18 kgCO2/kg，纸制品的产品碳足迹约为1.44 kgCO2/kg。造纸企业可根据自身生产优势和研究经验，发展“零塑”“代塑”绿色低碳产品，助力社会层面实现双碳目标。如APP 集团在2018 年推出零塑Foopak Bio Natura可生物降解食品卡。2020 年，宁波亚洲浆纸浆推出了“零塑”纸杯纸产品。

在创新生产工艺及技术装备方面，造纸企业应加大新一代制浆、造纸技术的研发力度，如清洁分离技术、膜分离技术、新型涂布技术、高清快干影印技术、废水回用技术、生物质精炼技术等前沿技术的研发。技术装备方面，以提升造纸装备制造能力，加快装备自动化、数控化、智能化进程，推动工艺技术研发与造纸、印刷装备制造融合，以科技创新推动造纸行业转型升级。此外，还可关注CCUS（碳捕集、封存与利用）技术与造纸行业的耦合，将被捕获的二氧化碳生产为造纸行业所需的原材料，如将厂区自备电厂产生的烟气进行净化之后，与石灰乳液反应生产轻质碳酸钙。

5 结语

针对不同时期，每一项重点行动的侧重点或有不同，“十四五”时期为高耗能产业增量的窗口期，也是产业转型的准备期。在此期间，企业应合理控制能源消费总量，大力开展节能减排技术改造；结合企业现状，提高清洁能源消费比例；调整传统造纸产业结构，积极规划发展绿色低碳产业；并结合产业链特点，积极发展废弃物资源化利用和绿色新产品新工艺研发创新。建立完善碳排放管理和碳资产管理机制，提升企业自身碳排放管理和碳资产管理能力。“十五五”时期为碳排放的收口期和达峰期，也是产业转型的高峰期。在此期间，企业应持续开展节能降碳改造，进一步提高清洁能源应用比例，尽早完成新建项目，推广先进企业低碳发展经验。提高绿色低碳产品比例以及挖掘和布局新的市场机会。加大减碳新技术研发。2030 年以后，进入碳排放的平台期和下降期，同时也是零碳和负碳技术的推广期。应用成熟的零碳、负碳技术，进一步提高清洁能源应用比例、降低行业碳排放。并结合造纸行业绿色属性，积极助力全社会实现碳中和。同时，也应尽早出台造纸行业的碳达峰碳中和指导文件，建立有效的激励机制，完善碳监测、核算、报告等过程标准体系，出台造纸行业碳减排技术评价的相关标准，为造纸行业实现双碳目标提供方向指引和能力支撑。