碳中和历史观与中国碳中和品牌故事

 

 一、碳中和历史观:碳基能源的沧海桑田(上篇


  地球生命发展史,是碳基生命和碳基能源演进史。碳中和是历史常态,碳基能源是历史时期碳中和循环演进产物,如果碳中和状态改变,碳基生命就会失去依托(蓝虹,中国环保产业研究院《美文》)。

 

 

1、薪柴时代

 

  薪柴时代,是碳中和的时代。约100万年前,当时森林茂盛,种子植物的产生加大了森林碳库的碳储量,枯死干燥的粗壮林木为火的产生准备了条件,闪电带来的高温引燃了森林的大火。虽然,在地球碳基生命五亿年的历史中,火山爆发等也会带来高温大火,但是,毕竟是地质事件,不频繁。刚刚从树上走下,来到地面的人类,在其一生居住和生活活动范围内,一辈子也很难见到一次。但100万年前,作为植物进化最高等的类群种子植物出现了,高大树木在森林中开始大量繁衍,使闪电雷击带来的森林起火事件更加频繁,使初期的人类有更多的机会接触、观察和感受到自然界火的作用和威力,从而开启了人类探索性地使用能源的历史。

 

(1)种子植物

 

  种子植物是植物界中最繁荣昌盛的类群,根、茎、叶发达,都结种子,用种子繁殖后代。它们适应陆地生活的能力较蕨类植物更为优越,主要表现在以下三方面:一是受精过程中有花粉管形成,花粉管将精子直接输送到卵细胞附近,因此受精作用已完全摆脱了水分的限制,这在植物系统演化史上是一个飞跃,使种子植物成为真正的陆生植物。其次,产生了种子,胚被保护在种子里,能长时间抵抗不良的环境条件。种子里贮存了供胚发育所必需的养料,因此,种子的出现对种族的繁衍极为有利。花粉管和种子的出现,是植物适应陆地生活的新发展,使种子植物发展到比蕨类植物更高级的水平,并取代了它们在陆地上的优势地位。三是种子植物的根、茎、叶内部都已经开始拥有非常发达的营养输导组织,所以可以为其植株提供更充分的营养。种子植物这些优势,使其植物体都是多年生的木本植物,植株高大,寿命长,多数为常绿植物,通常组成大面积的森林,常见的有松、杉、柏等,还有称为“活化石”的银杏、水杉和苏铁等。植物界在演进中种子植物的出现,使森林树木更加高大茂密,由闪电雷击导致的森林起火事件也就更为频繁地发生。

 

(2)薪柴能源

 

  在刚遭遇由闪电雷击而产生的森林起火事件时,我们远古时期的人类一定是害怕的。熊熊大火产生的高热,威胁着人类的生命,人们纷纷慌张逃窜,有一些甚至被山火烧伤烧死,人类感受到了火的威力。当大火熄灭,他们重新返回原来的居住地的时候,看到的是,森林大火已经把树木烧毁,一些没有及时逃出的动物被烧死,地面被大火后厚厚的草木灰覆盖。人们战战兢兢地在被森林大火烧毁的居住地转悠,捡拾被山火烧死的动物吃,没想到,这些被火烧烤过的动物肉更加鲜美可口,更加容易消化,甚至原来没法吃的坚硬皮肉和鱼类,经过山火的烧烤,也变得美味易于咀嚼。人们认识到,火是可以用于狩猎的,火可以杀死动物,而且,火的烧烤还可以让动物的肉变得如此美味。人们开始追逐和保留火种,用于狩猎和食物的烧烤。原来人们只能捕捉小型的猎物,但是,掌握了火的使用后,群居的人类开始使用火来狩猎大型动物。在一个选好的地方事先堆满可以助燃的枯死树木,集体将大型动物引诱到这个潜在火圈,投掷火把引燃柴木,大型动物就被烧死了。而且,经过烧烤的动物肉,不仅更加美味和易于消化,而且还可以延长储藏时间。因为掌握了使用火的技能,人类的食物更充足,增强了人类的生存和繁衍能力,人类族群数目增加。

 

(3)刀耕火种

 

  动物是有记忆的,人类使用火把狩猎,导致很多大型动物被杀死,自然山火也导致很多动物被烧死,逐渐形成了动物们对火的畏惧心理。人们发现,在需要休息时,只要在山洞的洞口保持一堆火的燃烧,无论多么凶猛的动物也不敢来侵袭进攻,所以,人类又学会了使用火来防御和保护族群,以此获得更好更安全的休息和睡眠,这对人类的演进和脑部的发育非常重要。而且,在黑夜的森林,人们发现火还具有照明功能,可以使人们在夜间也做一些工作,比如缝制兽皮衣等等。到了来年春天,被山火燃烧过的山地,因为被厚厚的草木灰覆盖,土壤变得松软肥沃,一些被子植物大量繁殖破土而出,例如番薯、山药、玉米、旱稻等。这些植物本来在森林里是稀疏分布的,因为有大量高大树木在土地中占位,很难有一整块大块的松软肥沃平地,所以这些可食用的果实块茎等植物,需要人们反复搜寻,搜寻成本很高。但山火把高大林木烧毁了,留下的灰烬有着充足的养分,又遇上来年春天的淅淅沥沥的春雨,各种灰烬中蕴藏的被子植物种子在肥沃土壤和温柔细雨的催生下都开始争奇斗艳地开花结果,给初期的人类带来巨大的惊喜。这简直是天然食物库呀。在大自然这样的实践教学中,初期的人类开始模仿,发展出了刀耕火种的初期农业。薪柴燃烧这种第一代碳基能源,使人类了解和掌握了能源使用的威力。在100多万年前至50万年前这段时间,古人类相继掌握了人工控制天然火的技能,这对人类的发展是具有跨时代意义的,因为火种的保存和使用,人类在恐龙灭绝之后,开始逐渐成为地球碳基生命的新主宰。从生产角度,刀耕火种的农业文明的开始,使古人类可以不需要为了觅食而不断迁移流浪,开始有了村落,焚山开荒,有意识地培育可食用的被子植物生长,获得较为稳定的食物来源;在狩猎方面,没有火之前,人类体型和身体自身的攻击能力并不是很强大,比如,并没有可以杀死猛兽的很锋利的牙齿和锋利的爪子,遇到猛兽只能殊死搏斗,狩猎只能猎取一些兔子等小型动物。但当人们学会使用火之后,人类群居和群攻的优势就发挥出来了,古人类通过群攻的方式用火把驱赶野兽,用火围剿野兽,用火防御野兽的攻击和猎杀。在猛兽面前,古人类不再是被动的逃跑或者无力地被猎杀,而是成为了主宰。从人类进化的角度,薪柴燃烧可以烧烤食物,人类摆脱了茹毛饮血的时代。经过烧烤的食物不仅味道好而且易于咀嚼和消化,高温加热的食物还可以形成200多种新的化合物,人们可以获得更多营养物质,促进人体内脏、大脑、骨髓、口腔的更快进化,大脑的发育更加发达。北京猿人的颅骨内腔结构证实,人类的分节语能力产生于50万年前,与人类掌握火的使用在同一时期。人类开始直立行走。直立行走不仅解放了人类的双手,而且还引起了身体各部位的改变。例如,在发音器官上,随着人类直立行走和颚部的隆起,人类吻部逐渐萎缩,口腔和喉部形成直角,非常有利于发出各种声音。因为烧烤导致熟食的形成,使人们不需要很强大的咀嚼器官,咀嚼器官逐渐萎缩,牙床变小,口腔内发音器官的活动余地逐渐变大,非常有利于人类语言当中共鸣和唇音的形成。正是熟食导致人类身体的这些进化,最终形成了人类的语言。语言是文化形成的基础,也是人类区别其他动物的标志性特征。从人类生存和繁衍的角度,碳基能源薪柴燃烧带来的光能和热能,扩大了人类的食物来源,提升了人类的智力,增强了人类生存和繁衍能力。特别是冬季,寒冷的威胁,食物的缺乏,是各种动物死亡的高发季节。人类拥有稳定的食物来源,还可以在山洞里通过烤火抵御寒冷,人类人口数目迅速增长,从而进一步增加了集体进攻防御能力。村寨、部落,甚至农业国家,就是在人口增长的基础上形成的。而这些人类集体组织的形成,又进一步加强了人类团体作战的能力,使人类在与自然界其他动物猛兽的森林竞争中,成为当之无愧的霸主。从武器和器械发展角度,在人类没有学会使用碳基能源之前,可以使用的武器只有天然的石头和树枝,用石头砸,挥舞树枝抽打,是主要的进攻武器。但是,第一代碳基能源薪柴燃烧的使用,直接燃烧的温度可以达到700度高温,可以烧死烧伤猛兽,本身就成为捕猎和防御的有利武器。在这个基础上,6000年前的人类又发现,在低氧气中,薪柴的部分燃烧可以形成碳含量更高的木炭,木炭燃烧可以达到1100度高温,这足够将岩石中的金属分离出来,于是金属冶炼术得以发展,开创了人类的金属时代。利用金属,人类制造各种更加尖锐、杀伤力更加强大的金属工具、武器,例如刀、剑等。人类逐渐开始掌握使用第一代碳基能源薪柴的燃烧,开始掌握光能和热能,走向了文明,这一时代被称之为薪柴时代。人类学会使用火之后,生产力不断提高,社会随之进步。人类在火光中得到光明,在寒冷中得到温暖。因为火的使用,人类获得了比狮子老虎野狼等最顶级的猛兽还更强大的攻击和防御能力,可以说,没有火就没有人类文明。所以,无论是古老而神秘的东方文明,还是充满宗教色彩的西方文明,火都是文明的起源,是世界文明的基石。在古老的中国传说中,燧人氏钻木取火使人类摆脱了茹毛饮血的时代从而开创了华夏文明。在浪漫的西方神话中,普罗米修斯为人类盗取天火,使人类成为了万物之灵。

 

(4)燧人取火

 

  燧人氏钻木取火来自我国古老的神话。传说在远古蛮荒时期,人类并不懂得使用火,夜幕降临,到处漆黑一团,猛兽的嚎叫连绵不绝,遥相呼应,人们蜷缩在一起,又冷又饿又怕。因为没火,人们不得不生吃食物,不但生吃植食,就连捕来的猛兽,也是“生吞活剥”,连毛带血一块吃,就是茹毛饮血。这导致人们经常生病,抵御野兽攻击的能力也很弱,饥饿、疾病、寒冷、野兽的攻击和撕咬,使人们的寿命很短,死亡率很高。有一天,山林里忽然起火了,许多飞禽走兽葬身火海。人们受到雷电和大火的惊吓,到处奔逃。火熄之后,逃散的人们又聚到了一起,他们惊恐地看着燃烧的树木,发现原来经常在周围出现的野兽的嚎叫声没有了,大火中烧死的野兽肉发出了诱人的香味。人们聚到火边,分吃烧过的野兽肉,觉得从没有吃过这样的美味。随后,人们发现火还可用来取暖和照明。于是,人们开始有意识地保存和利用火,将天然火种带回洞穴中保存起来。但是,天然的火种很难保存,稍不留神就会熄灭。人们又重新陷入了黑暗和寒冷之中。神仙伏羲在天上看到了这一切,动了恻隐之心,于是给一个伶俐的年轻人托梦,告诉他:“在遥远的西方有个燧明国,那里有火种,你可以去那里把火种取回来。” 年轻人醒后,便下定决心去燧明国取回火种。他翻过高山,涉过大河,穿过森林,历尽艰辛,终于来到了燧明国。可是这里没有阳光,不分昼夜,四处一片黑暗,根本没有火。他非常失望,就坐在一棵叫“燧木”的大树下休息。这时候他发现就在燧木树上,有几只大鸟正在用短而硬的喙啄树上的虫子。只要它们一啄,树上就闪出明亮的火花。年轻人看到这种情景,脑子里灵光一闪。他立刻折了一些燧木的树枝,用小树枝去钻大树枝,树枝上果然闪出火光,可是却着不起火来。年轻人不灰心,他找来各种树枝,耐心地用不同的树枝进行摩擦。他取来一根很粗的树干,用石刀先将其刨平,再拿起一段较细的树枝用石刀削尖,将其扎到刨平的木板上,在周围覆盖上易燃的干叶、枯草,再飞快地转动削尖的木棒。不一会干叶、枯草中就有黑烟冒出,他再使劲一吹,氧气的作用使树枝燃起了红彤彤的火焰。年轻人激动地回到了家乡,为人们带来了永远不会熄灭的火种——钻木取火的办法,从此人们再也不用生活在寒冷和恐惧中了。人们被这个年轻人的勇气和智慧折服,推举他做首领,并称他为“燧人”,也就是取火者的意思。发明钻木取火的燧人氏被后人尊为“火祖”,受到世代景仰。

 

(5)文明之火与碳循环

 

  农耕文明时代的人们使用的碳基能源主要是薪柴,这是第一代碳基能源,所以在能源史上被称之为薪柴时代。薪柴的主要成分是碳,所以,原始人类使用火的历史,就是人类将薪柴中的有机碳转化为二氧化碳并排入大气的过程,就是人类开始大规模通过碳基能源的使用介入自然界碳排放和碳吸纳循环的开端。薪柴的主要成分是碳,将薪柴加热到可燃点时,与空气中的氧气产生化学作用,就能释放光能和热能,产生二氧化碳。薪柴燃烧的过程,就是薪柴中的碳与氧气结合后释放二氧化碳的过程,就是释放能量的过程,这就是为什么火可以产生高温烧死动物、人们可以利用火将食物烤熟的原因。我们如果燃烧一块薪柴,会发现,一斤薪柴燃烧之后,剩下的灰烬不到一两,好像薪柴的燃烧是会产生亏损现象的。但物质守恒定理,告诉我们物质不会凭空消失,也不会凭空产生。那么,薪柴燃烧后,除了残留很少的灰烬,其他的物质究竟去哪里了呢?实际上,薪柴主要成分是碳,在与空气中的氧气发生剧烈的氧化反应发光发热后,生成了二氧化碳气体,融入到大气中了。所以,薪柴燃烧后,我们看到的,只有很少的灰烬,其他的物质,都转化为气体的二氧化碳,进入了大气层。因此,我们可以看到,薪柴燃烧的过程,就是人类通过火的燃烧,人为向大气层排放二氧化碳的过程。但是,100万年前的原始时期,森林浓郁茂盛,人类数量还很少,仅仅薪柴燃烧排放的二氧化碳,相对于当时森林巨大光合作用产生的吸纳能力和海洋吸纳二氧化碳能力来说,是非常微不足道的,不足以影响地球碳吸纳和碳排放循环的平衡,也不会破坏当时碳中和状态。但是,人类使用碳基能源的历史是一个长时间跨度的历史。当人类感受到农业文明相对于狩猎更为稳定和丰富的食物回报时,因为族群之间资源和土地的争夺,各个族群都迫切需要增加粮食和食物供给,以保障本族群人口的不断增长,增加族群的战斗力,使族群在战斗战争中成为获胜的一方,占领更多的土地和资源。于是,不断砍伐和烧毁森林,以开垦更多的农田,种植更多的粮食和经济作物。而且,金属冶炼也急需更多的木炭。由于对薪柴需求量巨大,人类大量砍伐森林树木,烧制木炭。例如,16世纪末时,因为金属冶炼对木炭的巨大需求,英国原来几乎全植被覆盖的土地90%的树木已经消失,导致伦敦木材价格飙升,在欧洲其他地区以及亚洲也发生了类似的事件,这便是世界上第一次能源危机。森林的大量砍伐肯定会减少大自然二氧化碳的吸纳能力,而大量碳基能源薪柴的燃烧又会加大向大气层的二氧化碳排放量。但大自然碳吸纳和碳排放的循环系统是巨大的,海洋和当时仍然存在的大量原始森林、湿地等产生的巨大二氧化碳吸纳作用,使第一代碳基能源的广泛使用并没有引起碳中和的剧烈失衡。但毫无疑问,人类对第一代碳基能源薪柴燃烧的使用,使人类自此踏上了改变地球碳循环的道路。也激发了农业文明的诞生,人类对地球碳循环的影响随着人口的增长农耕文明的扩张而加大。随着森林的大量焚烧和砍伐,本应在生物圈中存留数百年的碳,提前结束了碳循环的旅程,被排放到大气中。人类因为大量砍伐和燃烧第一代碳基能源薪柴而额外排放出的二氧化碳,逐渐突破了自然界碳中和平衡器的自动调节和保护,导致了大气层中二氧化碳浓度的上升。但是,这一上升速度非常缓慢。遍布全球六千多年的农业文明,并没有导致大自然显著的碳中和失衡。

 

2、地球成煤时期


  第二代碳基能源是煤炭。煤炭的发现和利用到今天已经有2000多年的历史。煤炭成为第二代碳基能源,是因为燃煤蒸汽机的发明和广泛使用。

 

  学会用火,大大加速了人类的进化,在薪柴时代,人们生活、生产所用的能源几乎全部来自生物质的木材、秸杆。木柴烧制的木炭让人们注意到煤炭,其单位体积/质量发出的热量明显高于薪柴。燃煤蒸汽机发明之后,煤炭使用量明显上升,第一次工业革命爆发。20世纪初,煤炭超越薪柴,在能源构成中占绝对优势,能源进入煤炭时代。

 

(1)煤的形成史

 

 长期薪柴时代的积累带来了大片森林的毁灭和相应地区的荒漠化,减少了自然界吸纳大气层二氧化碳的能力,而以煤炭作燃烧和动力的大规模的城市群、大规模的工业和交通又显著增加了向大气层的二氧化碳排放量,导致大自然碳中和失衡危机初步显现。

 

  煤炭的形成,是历史时期碳中和时代的产物,是碳基生命碳循环的过程,是沉睡森林深埋地下由有机碳转化为无机碳的过程。

 

  煤炭是几亿年前植物死亡后,被埋入深深的地下,因为缺氧状态,没有和空气中的氧气作用,经过压实、失水、硬结等变化而导致碳含量的上升,从而形成燃烧热值更高的煤炭。薪柴的碳含量一般是50%以下,而煤炭的碳含量要远远高于薪柴,最初级的褐煤中的碳含量是65%至75%,烟煤中的碳含量为75%至90%,无烟煤高达90%至98%。

 

  所以,地球上的煤,实际上是远古时代因为大量植物残骸的缺氧化埋藏,深藏在地下的碳元素。这种缺氧状态,一般是发生在沼泽、湖泊地带,树木因为死亡等各种原因倾倒后,立即淹没在水底、泥沙中,与空气中的氧气隔离。在隔绝空气的情况下,经过漫长的地质年代和地壳运动,经过地下的高温高压,经过生物物理化学作用,逐步演变而成。

 

  在正常情况下,森林碳库的有机碳循环应该是,树木依托太阳的光能,吸收空气中的二氧化碳,通过光合作用,将二氧化碳转化为碳水化合物、葡萄糖等树木生长需要的有机碳物质,并向空气中释放氧气。这一过程,实际上就是森林吸纳二氧化碳,并将其固化到树木中去的过程。所以,森林树木的生长是可以吸纳二氧化碳的碳汇。

 

  但是,碳循环必须是闭环的,有吸纳有排放,才能实现碳平衡、碳中和状态。树木衰老死亡后,或者树木被砍伐燃烧后,通过有氧细菌的分解,通过木柴燃烧的化学反应,固化在树木里的碳又重新以二氧化碳的形态释放进大气层,从而保持大气层二氧化碳浓度的恒定。

 

  而煤的形成,是植物死后,因为倾倒在充满水和泥沙的沼泽、湖泊、河流等地带,在与空气隔离无氧的状态下被深埋进地下,因此没有完成将树木中固态化的碳重新以二氧化碳形态释放回大气层的过程,反而在地下高温高压作用下,碳的固态化进一步凝练聚合,单位体积含碳密度更大。在森林有机碳循环中,煤的形成,减少了返回到大气层的二氧化碳,但是,因为煤的形成是几亿年的地质历史过程,时间跨度很大,形成过程非常漫长,这种碳储存也是非常缓慢进行的,所以,并没有对自然界有机碳循环和碳中和平衡造成很大的影响。

 

  煤的形成分为两个阶段,泥碳化阶段和煤化阶段。当树木死后倾倒在充满水的沼泽、湖泊、河流地带,树木遗骸被水和泥沙淹没,形成了无氧的与空气隔绝状态。由于地壳的变动、沉积地带下降、泥沙的不断冲积,树木遗骸被一层层地埋在地层中,在缺氧的条件下,受厌氧细菌的作用,发生复杂的生物、化学、物理变化,逐渐变成泥炭。这是成煤过程的第一阶段,泥碳化阶段。

 

  由于地壳下沉等原因,因为高温高压的作用,泥炭层进一步发生变化,被脱水被压紧,含碳量逐渐增加,腐殖酸含量减少,从而形成了含碳量在65%至75%的初级煤:褐煤。随着地壳的继续下沉,温度和压力因此更大,促进煤层的煤质继续发生变化,煤化过程进一步加深,褐煤逐渐变成含碳量为75%至90%的烟煤,最后变成含碳量高达90%至98%的无烟煤。

 

  人们常在煤矿的横截面上发现树木的纹理,而在有些煤层,还存在着很多煤化的植物化石,仿佛在述说这些植物树木的前世,在几亿或者千万年前,他们也曾经是郁郁葱葱生机盎然的年轻模样。

 

  根据考古发现,地球上的煤主要在三个地质时期形成,分别是石炭纪和二叠纪、侏罗纪、古近纪。石炭纪距今3.5亿年,二叠纪开始于距今2.99亿年,侏罗纪是大家都很熟悉的恐龙主宰地球的时代。这些时期,都是地球生命中生机勃勃的碳中和时期。

 

  侏罗纪开始于距今1.99亿年,这是植物非常繁盛的时期,才使栖息在高大密林中的恐龙成为了森林和地球之王,我国大部分煤矿都是形成于恐龙时代的侏罗纪。古近纪开始于距今6500万年,是在行星撞击地球导致恐龙灭绝后,地球生态系统逐渐修复森林重建的基础上形成的,经历了4200万年。从上述成煤年代,我们可以知道,煤的形成,碳在地球深层的固化和凝聚,绝不是一朝一夕的变化,而是千万上亿年地质历史跨度的深深蕴藏。而煤炭形成的基础,是碳中和下适宜温润的气候导致的森林繁茂发展,目前发现的特厚煤层已经超过100多米厚,人们会诧异,远古地球得有多少的森林和树木,而且这些树木还需要是在沼泽、湖泊、河流等易于形成缺氧环境的地带,那总的森林和树木资源太庞大了。但是,如果我们考虑到成煤年代和时间跨度,就可以理解了。这么厚的煤层不是短时间形成的,而是数千万上亿年形成的,如此漫长的时间跨度,即使煤层的厚度每年只增加0.01毫米,在一千万年以后,厚度也可以达到100米,何况很多煤矿的成煤时间是距今上亿年。

 

  考虑上亿年的成煤时间,也可以使我们更好地认识到煤的燃烧使用和碳中和失衡的关系。自然界用了上亿年将大气层二氧化碳转化为固态碳并深埋存储于地下,人类只用了不到300年,就将这些固态碳通过煤的燃烧,重新以二氧化碳气体的形态释放到大气层,这必然会提升大气层二氧化碳浓度,导致气候变暖,出现初步的碳中和失衡危机。

 

  煤的形成历史,本身就是地球碳中和、失衡、碳循环修复、重新回到碳中和状态的过程,每一次碳循环从碳中和到碳失衡的过程,就是地球生物大灭绝的过程,而每一次地球从碳循环失衡到回归碳中和的过程,就是新的地球生物系统重建的过程。所以,回顾煤的形成史,对于我们理解碳中和对于碳基生命的重要性,非常有帮助。

 

 

(2)二叠纪成煤期

 

  二叠纪是古生代的最后一个纪,也是重要的成煤期。二叠纪开始于距今2.99亿年。二叠纪早期,地球气候温度适宜而湿润,这给大量植物的生长创造了条件。当时,郁郁葱葱的沼泽森林在许多沿海地区密集分布,内陆地区因为针叶树开始大面积繁殖,形成了茂密的内陆原始森林,因为气候湿润,即使内陆原始森林也存在着大量的湖泊河流,星罗棋布地与原始森林交融在一起。密集的森林树木、大量的水域环境,是煤形成的必要条件,二叠纪早期和中期都具备了,因此给煤层的形成提供了充足的物质条件。

 

  这种气候森林特征也在我国考古发现中得到了证实。考古发现我国河北南部石炭纪——二叠纪古气候的变化趋势表现为:晚石炭世到早二叠世早期为温暖潮湿,早二叠世晚期到中二叠世则逐渐向干旱气候转变。世界各地的考古发现,也印证了二叠纪经历了非常剧烈的气候变化,从二叠纪早期的温暖湿润,气候适宜,森林茂密、生物繁荣,到二叠纪晚期的气候剧变,干旱炎热,沙漠化急剧扩大,气候升温导致了大量生物死亡,形成了严重的地球生物大灭绝,95%的海洋生物和75%的陆地脊椎动物灭绝,三叶虫、海蝎以及很多重要珊瑚群全部消失。

 

  二叠纪这种气候剧变,是因为碳中和失衡造成的。在二叠纪早期,地球处于稳定的碳中和状态,所以气候湿润,温度适宜稳定。但是,从二叠纪中期开始,特别是到二叠纪晚期,地壳活动越来越活跃,古板块间的相对运动加剧,世界范围许多地方形成了褶皱山系,古板块间逐渐拼接形成联合古大陆(泛大陆),陆地面积逐渐扩大,海洋范围缩小。

 

  当海洋的大陆架因为海岸线的急剧退缩而暴露出地面后,原先埋藏在海底的有机碳因为暴露在空气中被氧化,这个氧化过程消耗了氧气,释放了大量的二氧化碳。大气层中的氧气减少了,而二氧化碳浓度升高。高浓度的二氧化碳好像给地球裹上了厚重的棉被,引起了气候升温变暖。大气中氧气的减少,影响了陆地动物的生存。大气中二氧化碳浓度的提升,使海洋超额吸纳二氧化碳,导致了海洋缺氧酸化,大量海洋生物因此死亡和灭绝。

 

  这一时期地层中大量沉积的富含有机物的页岩是这场灾难的证明。气候剧变还导致了火山更频繁地爆发,引燃了海底的可燃冰,释放甲烷,进一步加剧了气候变化的危机。因氧气减少,厌氧的紫细菌活动更加频繁,其释放的毒气杀死了大量的生物。整个地球的生物圈一片死寂。

 

  二叠纪时期的气候变化规模非常巨大,二叠纪早期海平面比今天高出约200英尺(60米),二叠纪晚期海平面暴跌至当前海平面下约20米(也就是低于现今20米),大气升温,特别是在大陆内陆更是炎热干燥。随着气候干燥和海平面下降,靠近海岸的针叶林让位于泛滥的沙漠,沙漠成了这一时期内陆的主要特征,这种焦土景观成为了有记录以来世界上最大的沙漠,在二叠纪晚期,因为大气中二氧化碳浓度过高,温度波动达到了极端:夜晚极其寒冷,而白天则被太阳的强烈热量所摧毁,到处都是沙漠。

 

  大量二叠纪时期的成煤煤矿,告诉我们,二叠纪早期地球曾经是森林茂密、沼泽湖泊河流密布的景象。而二叠纪晚期地球到处是没有生命的死寂的荒凉沙漠景象,地质层岩石毫无生命特征的紫红色调,又在诉说着因为碳中和失衡地球生命大灭绝的灾难。长长的历史时间跨度,二叠纪的成煤煤层,都在向我们展示着地球从生命繁荣的碳中和状态走向碳中和失衡的大灭绝灾难,这一过程中,碳循环系统的改变,剧增的二氧化碳气体向大气层的排放,逐渐导致生物的灭绝和生态系统的崩溃。

 

  灾难发生五万年后,地球板块运动逐渐稳定,火山爆发频率减少,地球生态逐渐好转。熬过灾难期的植物在倔强的进化中不断繁衍,它们吸收大气中的二氧化碳,通过光合作用制造氧气,使得大气中的含氧量逐渐增加,二氧化碳浓度逐渐下降,全球气温逐渐降低。而且植物光合作用形成的水汽聚合后,吸纳大气中的二氧化碳变成酸雨,掉落地面,进入土壤或者海洋,被转化为固态化的碳酸盐岩,沉入海底。大气层碳吸收和碳排放的循环再次实现平衡,进入碳中和状态,地球生物大灭绝事件终于告一段落。地球生态系统经过了数百万年乃至上千万年的时间才逐渐自我修复。

 

(3)恐龙世纪

 

   世界历史上第二个著名的成煤时期是侏罗纪时期,开始于公元前1.99亿年,离二叠纪晚期公元前2.51亿年发生的生物大灭绝事件,已经过去了近六千万年。这就是著名的恐龙世纪。

 

  即使经过六千万年的地球自我修复,在侏罗纪前期,生物大灭绝事件还是对生态有着影响,各种动物植物不是很繁盛,属于休养生息阶段。但到了侏罗纪中晚期,地球碳循环趋于稳定,进入碳中和状态。气候变得温润潮湿,繁盛的森林植被,形成了如今澳大利亚和南极洲丰富的煤炭资源。盘古大陆,被郁郁葱葱的森林和绿洲所覆盖,沼泽、湖泊、河流众多,雨量充沛。

 

  侏罗纪中晚期开始,恐龙进入鼎盛时期,逐渐成为地球碳基生命的霸主,统治了地球长达1.5亿年。

 

  侏罗纪时代,在碳中和状态的加持下,生机盎然、天空晴朗、气候温和、雨水充沛。郁郁葱葱的森林里,植物争奇斗艳,不只有低矮的蕨类、藻类植物,还有高大的针叶树、银杏树。侏罗纪中晚期,地球上广泛覆盖着极其茂盛的裸子植物和蕨类,这是素食性恐龙丰盛的食物天堂。

 

  每年雨季来临之前,生活在今天南美洲的喙嘴翼手龙都会飞越大西洋来到今天的法国西海岸寻找它的异性进行交配。这时候的大西洋只有300公里宽,雄性翼龙在飞越大洋的途中,会不时地贴近海面啄食海水中跳跃的鱼类来补充体力,而且随时存在被恐怖的海洋杀手滑齿龙吞食的危险。在飞达目的地时,翼手龙已是精疲力竭。往往要休息一个多星期才会去寻觅自己的配偶。

 

  侏罗纪时的气候对恐龙的繁衍十分有利,而且在中生代的哺乳动物还处于进化的早期阶段,恐龙基本上没有任何生存竞争的对手,所以它们迅速占领各个大陆,进入了鼎盛时期。丰富的食物和适宜的气候,使恐龙们迅速繁盛起来,前所未有的巨型恐龙争相亮相,在广阔的森林和草原之间游荡,粗大的脚印深深印在泥土上。

 

  那时候地球上的气候都非常温暖湿润,植物生长茂密葱茏,良好的降雨和光照条件使植物可以长得很大。而由于食物充足,动物就没有了营养缺乏之虞,无论是草食动物还是肉食动物,都可以不缺食物来源,所以动物也能长得很大,这也是巨型恐龙产生的原因。恐龙中最具代表性的迷惑龙,体长25米,体重达30吨。在海洋里,体形接近鱼类的爬行动物——鱼龙,族类繁荣昌盛,与其他海洋掠食者,例如蛇颈龙和海洋鳄目动物一起分享着侏罗纪温暖的海水。

 

  世界各地丰厚的侏罗纪成煤期煤矿的发现,也印证了侏罗纪时期森林的茂盛,河流湖泊沼泽雨水的众多和丰沛。例如我国侏罗纪煤就在内蒙古、陕西、甘肃、宁夏等省广泛分布。

 

  但是,这样一个碳基生命旺盛的时代,因为行星撞击地球导致的碳中和失衡而毁灭,并导致了恐龙的灭绝。6500万年前,一颗名为巴普提斯蒂娜的小行星,直径接近160公里,进入了地球轨道,撞击了地球,形成了著名的希克苏鲁伯陨石坑。撞击的地点就在墨西哥的犹卡坦半岛。

 

  撞击事件引发了频繁的火山爆发,大气层二氧化碳浓度显著升高。撞击事件造成大量灰尘进入大气层,遮蔽阳光,使植物无法获得太阳光进行正常的光合作用,导致二氧化碳吸纳能力减弱,而且也导致食物链最底层依赖光合作用生存的生物,例如浮游植物和陆地植物,大量死亡。草食性动物,因为所依赖的植物的剧减而死亡。同样地,顶级掠食者例如暴龙,也受到影响。大气层二氧化碳浓度的急剧升高,氧气浓度的急剧下降,碳中和失衡带来的生态系统崩溃,导致在撞击事件后艰辛存活的物种,又会在生态恶化的效应中死亡。

 

(4)始新世

 

   世界成煤的第三个高峰期,是古近纪,又称为早第三纪,开始于公元前6500万年,也就是恐龙大灭绝之后。早第三纪包括古新世、始新世和渐新世。古新世持续了1000多万年,此时,地球依然在修复因为行星撞击导致的碳中和失衡,虽然因为地球强大的自我碳中和调节功能,在经过千万年后已经逐渐修复,但地球生物仍然处于休养生息状态。

 

  随着古新世的结束,地球生态在重建碳中和的基础上开始了复苏和新一轮的兴盛期,进入了始新世,持续了约1800万年。气候重新变得湿润适宜,给植物生命带来了新的生机,在景观上增加了多样性。被子植物开始极度繁盛。以前由古代羊齿和各种松柏组成的植被,逐渐被被子植物所取代。此时的被子植物基本上都是乔木,无论是从新科、新属,还是从个体数量,比以前都有很大增加。热带、亚热带植物,如棕榈等,大量繁殖,显花植物和草类的发展给动物界的昆虫、脊椎动物等的繁荣,创造了必要条件。

 

  从始新世开始,哺乳动物得到了迅速的繁衍,地球开始进入哺乳动物繁盛时期。始新世的哺乳动物科目一级的总数比古新世约增加了80%,奇蹄目和偶蹄目成为动物群的重要角色,啮齿动物、食肉目也有了较大的发展和繁衍。

 

  从始新世开始,地球从碳中和失衡导致的大灭绝灾难中修复,进入了新的碳中和时期,碳基生命繁盛繁衍。而早第三纪煤矿的丰盛,也记录了该地质时期地球从碳中和失衡危机通过修复走向碳中和的过程。因为森林植物的茂盛,早第三纪在历史上是一个重要的成煤时期,在我国主要见于秦岭以北,贺兰山—六盘山以东地区,以及南岭以南珠江—右江地区。

 

  这些大自然几千万上亿年逐渐累积的煤炭,却因为燃煤蒸汽机的发明和大范围的使用,在短短的不到300年时间,就通过煤炭的燃烧,全部以二氧化碳气体的形式,返回了大气层。

 

(5)燃煤蒸汽机

 

  十七世纪中期,英国毛纺织业迫切需要发现有效的新动力源。新大陆的发现和地理大扩张,使英国打开了巨大的海外商品市场。毛纺织业是英国当时对外贸易的主要产品,海外市场的扩张导致了英国毛纺织业需求的急剧增加,传统的手工操作无法满足急剧增加的巨大市场需求。英国工程师发明了飞梭,继而又发明了水力纺纱机、水力织布机,这些机械的应用大大提高了纺织业的效率。但利用水力作为能源有很大的局限性,工厂必须建在河流附近,但河流的流量流速都不稳定,这显然不适合机械化大生产的需要。于是,很多工程师开展了以煤为燃料的燃煤蒸汽机改良的尝试。

 

  1765年,瓦特发明了带冷凝器的单向式燃煤蒸汽机,1782年又发明了双向式燃煤蒸汽机。瓦特燃煤蒸汽机的发明和使用,使英国的毛纺织品产量,从1766年至1789年,二十多年内增长了五倍,促进了英国对外贸易的发展。而毛纺织品海外市场的扩张,又导致了对长途运输业的迫切需求。

 

  在船舶上采用燃煤蒸汽机作为推动力的实验开始于1776年,经过不断改良,至1807年,美国的富尔顿制成了第一艘实用的明轮推进的燃煤蒸汽机船“克莱蒙”号。此后,燃煤蒸汽机在船舶上作为推动力达百年之久。

 

  1800年,英国的特里维西克设计了可安装在较大车体的高压燃煤蒸汽机。1803年,他把它用来推动在一条环形轨道上开动的机车,这就是机车的雏型。英国的史蒂芬孙将该机车不断改进,于1829年创造了火箭号燃煤蒸汽机。该机车拖带一节载有30位客人的车厢,时速达46公里每小时,开创了铁路时代。

 

  到十八世纪末,燃煤蒸汽机普遍代替其他动力,成为英国和欧洲许多工业部门的主要动力来源。

 

   燃煤蒸汽机的发明和广泛使用,带来了第一次工业革命高峰,人们的生产和生活方式因此发生了巨大的变化,极大地推进了技术进步,促进了规模化经济的发展,极大地提高了生产效率的同时也使商业投资更有效率。燃煤蒸汽机在纺织业的运用,提高了纺织业的效率和产量;燃煤蒸汽机在运输行业的运用,使载重上千吨的火车开始在大陆快速穿越,载重上万吨的轮船开始在大洋中横渡;燃煤蒸汽机在矿山开采中的运用,降低了矿工的劳动强度,并且可以昼夜不停,连续开采;燃煤蒸汽机在金属冶炼上的运用,煤炭带动大型鼓风机,更高的温度更强大的能源,提高了金属冶炼的精度和纯度,扩大了金属的使用范围,开发出各种新型设备和武器;燃煤蒸汽机在机械制造上的运用,制造出更复杂更精密的器械和工具,为近代工业创建奠定了基础。

 

  燃煤蒸汽机的使用,使人们从依靠人力、畜力等原始动力中解脱出来,实现了机械化大生产。伴随着燃煤蒸汽机在工业领域的广泛使用,近代的能源工业——煤炭工业,开始在世界范围广泛建立,从而带动了煤炭开采和利用的爆发式增长。1861年,英国的煤炭年产量就已经超过五千万吨,成为十九世纪以来人类使用的主要能源之一。2019年,世界煤炭产量达到81.29亿吨。

 

   但是,人类将大自然在地下储存积累了几千万上亿年的碳,在不到300年的时间就通过煤的燃烧以二氧化碳气体的形态释放到大气中,肯定会严重影响大气层的碳循环,损害碳中和系统,全球气候危机初步显现。

 

3、石油时代—内燃机

 

  第一次工业革命的核心其实是能源革命,燃煤蒸汽机替代了薪柴能源,推进了工业的机械化大生产,带动了交通运输创新,使人类从农业文明进入了工业文明。但是,随着生产的发展,燃煤蒸汽机的缺点也显现出来。蒸汽机是外燃机,是通过燃烧煤获得的能量加热水,通过水蒸气的动力带动机械。所以,燃煤蒸汽机的使用,需要携带大量的煤和水,需要笨重而庞大的锅炉。因为不是直接燃烧能源带动机械,而是先燃烧能源产生水蒸气,再用水蒸气的压力带动机械,所以,热效率不高,不足10%。

 

   为了解决燃煤蒸汽机存在的问题,内燃机被发明并不断完善。内燃机必须以液体的石油为燃料,所以内燃机的普遍运用,使石油能源异军突起逐渐取代煤炭,成为新的主体能源。

 

  燃煤蒸汽机属于外燃机,要先使用煤燃烧烧水,再用水蒸气做功。能的转化过程越多,在转化中损耗的功率就越多,效率就会降低。当时的人们就想,如果直接通过燃烧产生能量,而不需要二次转化,效率是不是就可以提高呢?17世纪惠更斯曾经尝试将火药放入活塞中,通过火药的爆破燃烧直接带动活塞做功,结果由于火药爆炸难以控制,最终失败了。这时候,人们开始关注用石油燃烧替代火药。1876年美国人奥托发明了汽油发动机,将内燃机的热效率提升到28%,1892年,德国人鲁道夫·迪赛尔发明了柴油发动机,将内燃机的热效率提升到34%。内燃机就此逐渐取代蒸汽机,获得广泛推广运用,并引发了一系列生产技术的大变革,被称之为第二次工业革命,使人类的工作效率进一步提高。

 

  石油也是一种碳基能源,主要成分是碳,是浓缩碳能的最终形态。与同样的碳基能源煤相比,石油作为能源的主要优势是:第一,石油是液体,比固体的煤更便于运输,特别适应于通过管道连续运输;第二,石油是液体,所以容易萃取精炼提纯,形成非常纯粹几乎不含任何杂质的液体燃料,因此,燃烧效率高,没有废渣,这对内燃机非常重要;第三,比煤炭的能源密度更高,单位体积所能产生的能量远远高于煤炭,所以可以作为汽车、飞机等空间有限的交通运输工具的燃料,支撑其长途远距离运输。

 

  由于汽车、坦克、装甲车、飞机、拖拉机、轮船等大都采用内燃机,推动着世界石油开采和炼油业的飞速发展,世界石油工业开始建立,确立和巩固了石油作为主体能源的地位。因此,在能源史上,第二次工业革命,就是从煤炭时代走向石油时代的转折,就此,世界能源进入石油时代。

 

(1)生命与石油

 

  同为碳基能源,石油和煤的形成有相似之处,都是远古时期生物遗骸因为无氧化环境沉入地下,经过几千万上亿年的地下高温高压作用形成的。地球上的生命都是碳基生命,全是由碳构成,所以这些远古时期生物遗骸主要成分都是碳。但石油主要是海洋里的动物和藻类遗骸演化而成,因为动物富有油脂,所以,在几千万上亿年的演进中,最后形成了以碳为主体的液体的石油;而煤是由陆地的植物,因为死亡倒下的地点是在湖泊、河流、沼泽地带,水的隔离形成无氧环境埋入地下,因为是植物遗骸的高温高压风干压缩,所以是以碳为主体的固体。

 

  在现今发现的石油油藏中,时间最古老的达五亿年之久。大部分石油集中形成于石炭纪、二叠纪、侏罗纪。我们可以发现,石油集中形成时期,和历史上煤炭的成煤时期,几乎是重合的。我们在前面分析了煤炭的成煤时期形成原因,都是有一个碳中和状态的气候适宜时期,温润潮湿,适宜森林植物生长,所以,为煤的形成提供了物质条件。而经历了漫长的碳中和平衡状态,这几个时期也都经历了生物大灭绝阶段。

 

   无论是石油的形成,还是煤炭的形成,都在远古时期先经历了繁盛期,所以才有大量的地球生物,海洋繁盛的海洋动物,森林繁盛的森林树木,为石油和煤炭的形成奠定物质基础。而繁盛期之后的地球碳基生命集体大灭绝事件,大量动植物的死亡,使大量的动植物遗骸被埋入地下。比如,因为大气中二氧化碳浓度过高,海洋酸化缺氧引发大量海洋动物的死亡,这些集体大量死亡的生物,被海底泥沙埋葬后,经过几千万上亿年,在地下的高温高压下,它们逐渐转化,首先形成腊状的油页岩,在继续的高温高压下,形成液态的石油。

 

  由于石油比附近的岩石轻,它们向上渗透到附近的岩层中,直到渗透到上面紧密无法渗透、本身则多空的岩层中。这样聚集在一起的石油形成油田。通过钻井和泵取人们可以从油田中获得石油。

 

  通过中东地区石油的形成,我们可以理解石油形成的历史和原因。中东地区是目前石油储油最多的地区。中东海湾地区地处欧、亚、非三洲的枢纽位置,原油资源非常丰富,被誉为“世界油库”。据美国《油气杂志》数据显示,世界原油探明储量为1804.9亿吨。其中,中东地区的原油探明储量为1012.7亿吨,约占世界总储量的2/3。在世界原油储量排名的前十位中,中东国家占了五位,依次是沙特阿拉伯、伊朗、伊拉克、科威特和阿联酋。

 

(2)中东地区为什么会有这么丰富的石油蕴藏呢?

 

  中东是地中海东南岸、俄罗斯高加索山脉、波斯湾以及非洲红海沿岸围成的那一片区域。中东地区是一块年轻的陆地,其前身,是广阔的海洋。形成中东地区这块年轻的陆地,来自于阿尔卑斯-喜马拉雅的造山运动。

  

  7千万年前,欧亚大陆还没有完全成形,非洲板块、印澳板块不断向北推移,与欧亚板块全线碰撞。板块碰撞之处,大地崩裂,熔岩喷射,海岸边,地震引发海啸,数十米高的巨浪吞噬着一切,造成大批海洋生物的集体死亡。此次碰撞范围如此之广,力量如此之大,导致了欧亚大陆南侧全线隆起,大量超级山脉和高原就此诞生。它西起大西洋东岸,东至印度尼西亚孤岛。这次造山运动,造就了阿尔卑斯山、喜马拉雅山、伊朗高原、青藏高原等,全长超过1万公里。它横贯地球,地质学上称之为阿尔卑斯—喜马拉雅造山带。

 

  伴随着这次碰撞,世界地理格局也为之改变。欧亚大陆与非洲板块、印澳板块之间,原本存在的海洋大面积萎缩甚至消失。中东地区所在地域原来是特提斯海,因为这次碰撞事件,特提斯海开始缩小,无数小岛从海中冒出来,地壳运动导致海底隆起,新的陆地诞生,这里面就有中东地区。所以中东地区丰富的石油来源于之前特提斯海丰富的海洋生物遗骸的累积。

 

  经过几千万年的挤压,最终特提斯海消失在地球的历史中,只留下一小部分,就是今天的地中海。而那些因为这次碰撞而挤压隆起的山脉,西起阿尔卑斯山东至青藏高原,就是阿尔卑斯-喜马拉雅山系。

 

  中东就是这个造山运动出来的地区,由于前身是海洋,里面大量的海洋生物在这个变迁过程中埋入地壳,非洲板块又和亚欧板块发生挤压,中东处在二者的交界处,这样的作用之下,海洋生物经过复杂的物理化学反应生成了石油。因为地壳很年轻,中东的石油埋得不深,全部是浅表石油,易开采,所以中东的开采效率全世界最高。

 

(3)失衡的碳循环

 

  目前,石油已经成为了现代工业的命脉,液体的黄金,与我们的生活紧密关联。石油作为燃料,广泛用于各种类型汽车、拖拉机、轮船、军舰、飞机、火箭、锅炉、火车等动力机械;石油作为润滑剂,使各类滑动、滚动、转动的仪器减少磨损,保证效率;石油作为溶剂,是橡胶、皮革、油漆等工业必须的萃取物质,并可以用于洗练机器和零件;我们使用的五颜六色形态各异的塑料制品,牙刷、盆、瓶子、iPad等,都是石油化工产品;石油还是制作合成橡胶的主要原料,合成橡胶具有高弹性、耐高温、低温等性能,广泛应用于工农业、国防、交通及日常生活中,我们生活中随处可见的鞋子、体育用具、轮胎、电线电缆等物品都要使用合成橡胶;我们用的清洁用品很多都是石油制品,如洗涤剂、洗发水、沐浴乳、肥皂等等,里面都含有石油的衍生物;我们从衣服标签看到的涤纶、腈纶、锦纶等面料,都是由石油生产的合成纤维;最后的石油渣,成为沥青,铺成柏油大马路。目前全球有铺装沥青的路面公路总长为1700多万公里,可以想象消耗了多少沥青!

 

  碳基能源石油的形成,也是地球碳循环的产物,是地球碳循环的重要环节。动植物死后,本来应该在氧化作用下,重新生成气体的二氧化碳和水,回到大自然,形成二氧化碳的源。但是,海洋水对空气的隔离,泥沙淤泥迅速掩埋形成的无氧环境,将这些有机碳以液态的方式保存在了地下,没有释放进大气中。考虑到石油形成时期经历的地球碳基生命大灭绝,行星撞击地球引发大量频发的火山爆发,大量二氧化碳从地底被带出释放到大气中,导致大气二氧化碳浓度的急剧升高,导致大气和海洋都因为二氧化碳浓度过高,氧气含量急剧下降,大量海洋动物因为海洋缺氧死亡,堆积的遗骸因为缺氧没有被重新氧化变成二氧化碳气体和水,而是以液体碳的形态埋在了地下,本身就减少了大气中二氧化碳浓度,是大自然努力调节碳循环平衡的产物,是大自然稳定碳中和的调节机制之一。

 

  随着第二次工业革命,石油被广泛运用。从地球碳循环的角度,这也就是意味着,我们把几千万年上亿年存储在地下的液态碳,通过石油燃烧的方式,转化为二氧化碳气体,重新释放回大气层中。这种人为的大量对自然碳循环的干扰,肯定会影响到自然界的碳循环平衡和碳中和状态。

 

  1870年,全球生产大约80万吨石油,1900年年产量猛增到2000万吨,2016年产量接近39.2亿吨,2021年全球石油年产量即使在疫情影响的情况下也达到了44.23亿吨。石油支撑了人类工业的大发展,使人类在改造自然的过程中取得了前所未有的成就。但是也对世界经济产生了极大的影响,几次石油危机使世界为之震撼,说明了我们目前的工业体系对石油的高度依赖。

 

  第一次石油危机发生在1973年,因为阿拉伯国家与以色列的恩怨,他们决定对以色列背后的支持者美国实施报复。阿拉伯成员国停止石油生产并收回标价权,这直接导致了世界的油价翻了三倍以上,整个世界的工业被按下了倒退键,美国经济倒退14%,日本经济倒退了20%。这次石油危机使世界各国都很震撼,之后成立了国际能源署,规定了每个国家必须要有60天的原油储备量。

   

  第二次石油危机发生在1978年,两个石油生产大国伊朗和伊拉克发生了战争,史称“两伊战争”。二者就波斯湾霍尔木兹海峡的所有权大打出手,战争持续了8年。作为世界石油的主力出口国,伊朗和伊拉克战争导致了世界原油数量吃紧,世界经济承受巨大压力,国际能源署不得不将原来规定的每个国家必须要有60天的原油储备量提高到了90天,以应对石油危机。

 

  第三次石油危机发生在1990年,因为伊拉克攻打科威特,受到了国际社会的制裁,其原油出口停滞,给世界工业带来了重创。导致英美等国家的GDP直接下跌,后来以沙特阿拉伯为首的石油出口国加大了原油产量,才勉强将危机化解,拉回了正轨。

 

  这三次全球能源危机,都来源于中东地区国家石油供给能力,因为战争等因素出现了问题。而这三次石油危机给世界经济带来的严峻影响,也引起我们的反思。我们在前面已经介绍了中东地区石油形成的历史,来自于7000万年前的大陆板块运动,这说明石油的形成需要漫长的几千万年的历史,说明了石油是不可再生资源,人类不可能等这样一个几千万年的地质周期。终有一天石油会被开采完,整个世界的能源将何去何从?

  

  薪柴时代、煤炭时代、石油时代,这三次能源革命,无论是薪柴,还是化石能源的煤炭、石油,都是碳基能源,燃烧产生能量的关键,都是这些能源中的碳元素在高温下与空气中的氧气结合,形成二氧化碳并重新释放到大气中的过程,在这一化学反应过程中,会释放出巨大的能量。人们通过获取这些能量增强了改造大自然的能力,但同时,也人为地增加了向大气层排放的二氧化碳量,从而在一定程度上破坏了自然界上亿年才形成的碳中和平衡系统。

 

  而薪柴、煤炭、石油的形成,却都是地球漫长碳中和过程中森林茂密、动植物繁盛的产物。我们正处在一个由碳基化石能源支撑的经济神话面临严峻挑战的时代,能源危机和气候变化逼迫着我们必须进行新能源转型。能源是一国经济的命脉,谁掌握了新能源核心技术,谁就会成为下一任经济的霸主。无论为攻为守,各国都必须应战。这是一场犹如春秋战国时期的世界的能源战争,也是一场人类命运共同体的碳中和保卫战。事关中华民族的永续发展和民族复兴大业。

 

 

 

 

二、中国式碳中和的民族品牌故事(下篇)

 

  “碳中和carbonneutral”是将现代科学技术与中国传统文化相结合的第一个中西合璧的民族品牌。深圳碳中和创业20年,碳中和的品牌故事,讲述的是一个中国式现代化的生动案例。

 

 

1、注册登记:碳中和商号与商标

 

   “碳中和carbonneutral”为深圳碳中和生物燃气股份有限公司所独创的商号与商标品牌,2007年一直使用至今。2010129日核准使用“碳中和”商号注册,并发给了公司营业执照, 2011321日,carbonneutral商标获准注册,该品牌商标已续展到20313月。

 

 

2、碳中和carbonneutral商标与商号的由来

 

   “碳中和”中文商标商号,是深圳碳中和生物燃气股份有限公司2007年1月7日所独创中文变造新词汇,与中国科学院国际领先生物质热解气化-生物炭技术及英文“carbonneutral”有密切联系及深厚渊缘。

 

     2003年,深圳碳中和生物燃气股份有限公司前身深圳燕鹏实业发展有限公司在深圳创立,主营业务液化石油气,渊源于中石化燕山石化;2007年公司主营业务由液化石油气高碳产品转型生物质热解气化业务,在中国科学院大力支持下,探路以生物燃气新能源替代化石能源,积极参与世界应对气候变化行动。

 

    2010112日,中国科学院计字[2010]211号文正式批准其广州能源研究所以发明专利所有权投资入股,并担任公司董事提供技术支持进行产业化,中国科学院2010年持有碳中和公司10%股份至今。

 

    公司创业时,英文“carbonneutral”还未创设。1997年,英国社会组织“未来森林公社”基于科斯产权理论,创造碳抵消的概念,经过社会活动人士不断努力,“carbonneutral”成为2006年牛津年度词汇,2007年《新牛津英语词典》新增合成词“carbonneutral”,其构词要素neutral与中国传统文化“中和与中庸”理念和而不同。

 

    【《礼记·中庸》“喜怒哀乐之未发,谓之中;发而皆中节,谓之和;中也者,天下之大本也;和也者,天下之达道也。致中和,天地位焉,万物育焉”】。

 

    2006年牛津年度词汇引起公司创始人注意,经过半年多对联合国气候变化专门委员会IPCC规范深入研究和广泛咨询,确认生物质新能源的碳排放属于气候中性与中和能源,2007年初公司果断转型生物能源,在设计新的商标商号时,考虑到应对气候变化需能源、经济、社会与文化等全社会系统的整体性解决方案,为表达新商标商号的生态系统工程碳循环整体综合性特点,公司将中国传统文化“致中和”变造为“碳中和”与“carbonneutral”相对应,表达创始人对未来人类文明中西合璧“和而不同”“天下大同”良好愿景。

 

    20070308日在《河南日报》进行软文推广,《遏制气候变暖,你“碳中和”了吗》https://news.sina.com.cn/o/2007-03-08/043811362846s.shtml首次在中文语境推广使用“碳中和”概念,后进行商标商号的注册登记。

 

3、碳中和商标构词要素及其主要特点

 

    深圳碳中和生物燃气股份有限公司所独创的生态系统工程碳循环整体综合性特点“碳中和”中文商标标识,其构词要素包括:

1)暗示生物燃气新能源产品与服务“碳中性”“碳中立”特性

2)节能减排服务,致力于减缓气候变化“碳中立”明确具体目标

3)以生物燃气新能源替代化石能源的实体产业行动,实现碳排放的“致中和”长期愿景

4)以传统生物质能源的高技术综合利用,传承中国传统文化“道法自然、天人合一,民胞物与”天下大同中庸思想

5)中文与英文词“carbonneutral”国际理念相呼应,和而不同。

 

 碳中和商标商号的生态系统工程碳循环整体综合性特征如下:

 

  1. 生物燃气新能源产品与服务及合同能源管理一体化运营;
  2. 基于自然传统的农林生物质一次传统能源产品“碳中立、碳中性、致中和”气候中性特点;
  3. 生物质热解气化发明专利技术能源高效综合利用先进实用技术;
  4. 改造传统文化“致中和”构词要素,将以上5个构词要素集成为应对气候变化的生态系统碳循环系统工程,即节能减排应对气候变化的综合性社会服务方式,包括实体经济、社会服务、政治影响力、文化理念、技术与产业一体化等系统工程,并非单一的能源产品服务,环保产品服务,或社会政治文化理念与合同能源管理商业运营服务模式等分立的概念。

 

4、碳中和品牌宣传与推广

 

    深圳碳中和生物燃气股份有限公司独创“碳中和”生物燃气新能源产品与服务品牌,以系统工程应对气候变化中文新词汇商号商标,并大力度投入资金与资源,在中国民航报、深圳特区报、深圳商报等刊登整版广告与软文,在人民日报、中国能源报、中国证券报、中国经营报、东方早报、南方日报、证券时报、南方都市报、深圳晚报及晶报等权威媒体、碳中和博鳌论坛等影响力论坛会议,接受高层采访,发表“碳中和”文章,参加各种论坛会议大会发言,全力拓展业务与市场,并通过成功申报广东省节能减排与可再生能源重大科技专项及深圳市、区各种科技创新项目、参与前海深港现代服务业合作区设立、支持南方科技大学创设,与韩国、非洲刚果(布)、伊拉克、中国建材合肥水泥设计院进行技术合作等多种手段与途径,积极进行“碳中和”中文新词汇新理念及“碳中和”产品与服务品牌系统工程集成化系统化整体性特点宣传推广。广泛传播产生良好影响,2012年,深圳碳中和生物燃气股份有限公司积极参与中国政府应对欧盟航空排放交易战,提出深圳“碳中和”航空减排交易方案,2019年,该方案被国际民航组织批准为国际航空业“碳中和”碳抵消方案,为发展中国家国际航空业公平发展权,作出巨大历史性贡献!中央党校与中央文献出版社2012年对此专门出版记载,新闻媒体持续多年报道,互联网对此有持久记忆。“碳中和”一战成名为驰名商标,成功对抗欧盟航空碳税法案,“碳中和”品牌持续发挥影响力至今!

 

   深圳碳中和生物燃气股份有限公司广泛使用系统工程整体综合性特点“碳中和”商标商号,发挥先发优势与影响力,在不同场合公开发声,态度鲜明直白,坚决地反对将“carbonneutral”汇译为“碳中立”“碳中性”等孤立分割思维、形而上学机械译法,竭力排斥“碳中立”“致中和”“碳中性”等译文的使用,取得良好效果,其他不当译文已完全淘汰。网上碳中和与carbonneutral已完全等价。

 

    互联网知识平台广泛持久传播我们的“碳中和”商标商号与理念,如道客巴巴知识平台( https://www.doc88.com/p-278833206250.html?r=1 2012714日“carbonneutral为深圳碳中和生物燃气股份有限公司的商号和注册商标,国家工商局商标局颁发给深圳碳中和生物燃气股份有限公司第8121922号《商标注册证》,确认该公司合法拥有碳中和注册商标”;公众传播至今不息,如浙江政务服务网杭州临安市委市政府官网林业碳汇20212月载明“碳中和”商标与词汇由来http://www.linan.gov.cn/art/2021/2/9/art_1367677_59037104.html,又如知呼https://zhuanlan.zhihu.com/p/360998846 载明碳中和业务环保与节能减排效果,介绍实测的“碳中和”环保检测报告与能效报告等。

 

     2015年,习近平主席发挥大国领导人领袖影响力,成功推动《巴黎协定》签署实施,“碳中和”“carbonneutral”在《巴黎协定》中修成正果,世界应对气候变化全面转向气候中性、气候中和等净零排放“碳中和”目标。20209月,习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论郑重宣布:中国的二氧化碳排放,力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。中国宣布30/60“双碳”战略,“碳中和”新词汇开始在国内大热,普通公众开始逐步了解“碳中和”,202112月入选《中国新闻周刊》2021年度十大热词。

 

 

5、碳中和概念术语的历史变迁与碳中和思想理念发展史

 

   “碳中和”概念1997年最早在欧洲出现,伦敦未来森林公社(2010年后改为公司)提出通过购买经认证森林碳汇碳信用,抵消个人或组织的碳排放,1999年美国俄勒冈碳中和网络呼吁通过碳中和促进可持续发展,2002年世界第一个零碳社区在英国伦敦贝丁顿建立,2003年世界第一家以碳中和为使命愿景的企业在中国深圳建立,2006年,“carbonneutral”成为《新牛津美语词典》年度词汇,2007年《新牛津英语词典》新增carbonneutral合成词,中文译为碳中和或碳中立。

 

    2020年,习近平在联合国宣布中国30/60碳达峰碳中和承诺,风靡全球的“碳中和”碳抵消理念在中国内地开始蔚然成风。

 

    carbonneutral碳中和”为东西方两大文明体系,在宋朝东西方文明分岔以后的第一次握手,第一个中西合璧共同价值理念。

 

    中国工业化时间晚,最初只是为履行国家义务参与世界应对气候变化,作为《联合国气候变化框架公约》签署国,积极履行大国责任,2007年诺贝尔和平奖授予IPCC集体,我国科学家秦大河院士就是IPCC报告第一工作组主席。中国是《京都议定书》CDM清洁机制的最大贡献国,真抓实干经济转型,能耗强度与碳排放强度大幅下降,从“巴厘路线图”、《哥本哈根协定》开始,中国积极主动参与推动国际应对气候变化共同行动,对《巴黎协定》签署发挥了至关重要的领导和推动作用。中国确立习近平生态文明思想指导地位后,碳中和成为国家高质量发展绿色低碳转型、积极主动降碳的一个阶段性目标。

 

   从“道法自然”、“天人合一”、“民胞物与”到“绿化祖国”, 2018年,习近平立足中国 5000年灿烂辉煌文明和中华文化万年积淀,总结建国后生态文明建设实践经验,提出了习近平生态文明思想理论,2020年“十四五”绿色低碳高质量发展战略规划与愿景、2021年中共第三份《历史决议》,确立习近平生态文明思想指导地位,碳中和纳入 “美丽中国”生态文明建设总体布局。中国立足本国实际放眼世界着眼未来,连续四年在联合国发出“构建人与自然和谐共生人类命运共同体”地球家园生态文明社会倡议,提出后工业社会生态文明社会新形态的理论雏形,努力找回大宋时期东西方文明分岔前人类生态文明普世价值观。从应对气候变化到生态文明建设,历史悠久的负责任大国,毋庸置疑开始引领国际应对气候变化共同行动和生态文明新形态建设。

 

     无论东方还是西方,基于共同科学认知和不同文明体系的共同价值理念,在实现碳中和路线方面已达成一致的普世价值观,基本上已没有根本性分歧,即carbonneutral碳中和的主要实现路线有两条:

 

      一是发展风能、太阳能、生物质能、海洋能、地热能及氢能等新能源替代化石能源,并通过提高化石能源效率从源头减少CO2排放;

 

      二是针对人为的CO2等温室气体排放,通过海洋与陆地(山水林田湖草沙)及岩石等基于自然的碳汇(carbon sink)或基于工程技术的碳捕集利用与封存CCUS空气直接碳捕集DACCS及生物源的生物炭(biochar)技术等,人为移除CDR大气中人为的CO2等温室气体增量,实现大气与海洋及陆地生态系统的碳平衡及生态环境修复。

 

    针对百度百科此前关于碳中和(carbon neutrality)节能减排术语的以下三个根本问题,碳中和中文词汇的原始创作者者,重新定义碳中和概念术语:碳中和是个多义词,科学意义上的碳中和是一个关于地球气候变化的科学术语,是地球科学大气系统的动态概念,指人为活动排入大气的二氧化碳及非二温室气体与人为从大气中移除的温室气体实现总量平衡,以控制人为活动所致大气温室效应(减缓与适应);工程技术与产业意义上的碳中和,指节能减排减少温室气体排放,并通过生态系统负碳排放工程技术与碳中和实体产业,人为移除大气温室气体,实现动态平衡;政治与政策意义上的碳中和,指联合国气候变化框架公约下130多个国家的国际集体行动,如中国的“双碳”承诺和1+N政策体系所规制的国家气候治理行动,其思想政治基础是人与自然和谐共生的人类命运共同体生态文明新形态思想理论体系;商业意义上的碳中和,指深圳碳中和2007年世界首创并独家拥有的碳中和商标商号民族商业品牌。

 

  1. 受参考消息编译者专业水准局限与误导,百度将中文碳中和与carbon neutrality形而上学静态概念相对应,事实上,这是人类永远不可能实现的机械形而上学观念。科学意义上,与中文碳中和相对应的英文词汇是系统科学原理的carbon neutral动态概念,不是carbon neutrality静态概念;
  2. 碳中和是个多义词,中文碳中和词汇创设时原始初衷是生态系统工程词汇,并不只是节能减排和植树造林,节能减排和植树造林只是实现碳中和的实体路径之一,并不能必然实现碳中和,必须有其他更广泛的生物源碳移除负碳排放机制(如生物炭等)及碳市场等社会化机制,基于自然与基于技术相结合,才能实现碳中和,百度碳中和(carbon neutrality)节能减排术语,逻辑上不能自洽;
  3. 百度碳中和原中文词条内涵没有包括国际与国内政治与政策内涵,没有系统工程理念,十分狭隘。碳中和概念术语的历史发展,其理念变迁与人类气候变化认知发展,经历了以下三个历史阶段:

 

1)早期阶段碳中和原始粗糙概念:碳信用抵消

 

    主要集中于植树造林森林碳汇与碳信用抵消。但森林碳汇只能解决人为温室气体排放增量不到10%的排放问题,仅仅依靠碳抵消还无法实现碳中和。

 

   目前,大部分中国人对碳中和的认知,还停留在这一早期原始阶段,内地部分人热衷于炒作碳交易、碳抵消原始粗糙概念。中文语境碳中和概念术语基本停留于此阶段,落后于联合国气候变化专门委员会IPCC对气候变化科学认知,落伍于世界减缓气候变化行动几十年。

 

2CCUS碳移除阶段:面临热力学定律及耗散结构理论挑战

 

      即基于工程技术的碳移除手段,实现碳中和应对气候变化目标。

 

     2001年,IPCC第三次评估报告AR3提出CO2捕获和储存(CCS),碳中和国际理念进入基于技术实体经济领域节能减排降碳新阶段,即基于技术与基于自然的碳移除合力减碳、减缓气候变化新历史时期。

 

    2005年,IPCC关于CO2捕获与储存特别报告SR05根据IPCC第三次评估报告AR3提出,整个21世纪化石燃料持续使用,实现大气温室气体浓度稳定,CO2捕获和储存(CCS)是稳定温室气体浓度的组合选择之一。

 

   2006IPCC指南》将CO2捕集方法分为燃烧前捕集、富氧或纯氧燃烧和燃烧后捕集3种:燃烧前捕集是将化石燃料气化成合成气体(主要成分为H2CO),然后通过变换反应将CO转化为CO2,再通过溶剂吸收等方法将H2CO2分离并收集CO2;富氧燃烧技术采用纯氧或者富氧将化石燃料进行燃烧,燃烧后的主要产物为CO2、水和一些惰性组分,由于纯氧是由空气低温分离或膜分离获得,能耗大,富氧燃烧捕集成本很高;燃烧后捕集技术常用方法有化学吸收法、膜分离法、物理吸附法等,并将从生物燃料燃烧捕获注入地下储存的CO2量作为负碳排放纳入温室气体清单,其第二卷(能源)第5章规范CCS系统及CO2捕获运输注入地下储存的排放清除量估算方法。

 

    2011年,联合国气候变化大会经合组织OCED环境局发布2050年展望,实现浓度 (450ppm) 目标,很大程度取决于使用生物质能碳捕集封存BECCSBioCCSBioass-energy With Carbon Capture and Storage);另外,美国国家科学工程与医学研究院(NASEM2018年底发布报告认为,从空气中去除和隔离CO2的负排放技术(NETS)将在减缓气候变化方面发挥重要作用。就成本和碳去除潜力而言,介于造林和空气直接碳捕集封存之间的方案是生物能源与碳捕获和储存技术BECCS,该技术通过在发电厂燃烧植物燃料或生物质来发电,其CO2没有被排放到大气中,而是被泵入地下,每去除一吨CO2的成本估计在100200美元。

 

    IPCC第五次评估报告第一工作组(WG1AR56章讨论大气CO2移除的CDR方法及其对碳循环和气候影响及其意外副作用,包括其时间范围和潜力,IPCC先后发布了三份碳捕获利用封存特别报告:

 

    第一,2015SR154章(IPCC2018a)评估生物质碳捕集封存BECCS、造林/再造林、土壤固碳、生物炭、增强风化、海洋碱化、空气直接碳捕集和海洋施肥的潜力和目前认知,包括副作用;

 

   第二,2019SRCCL6章(IPCC2019a)评估陆基缓解方案的潜力、其他协同利益及其之间的权衡,信心十足地认为,除了泥炭地修复之外,陆基CO2移除方案不会无限期地固碳,在陆基CO2移除方案的部署中,发现了多种其他协同利益,其中许多有可能为可持续发展、增强生态系统功能和服务以及其他社会目标做出积极贡献,然而,他们得出的结论是,潜力因具体情况而异,并确定这些措施对全球缓解做贡献具有约束条件,例如土地竞争;

 

   第三,2019年第三份报告SROCC5章(IPCC2019b)评估缓解气候变化海洋选项的潜力,报告得出结论,由于对海洋生态系统的意外副作用以及相关的治理挑战,公海施肥和碱化方法的可行性可以忽略不计,因它们在长时间尺度上对海洋碳储存没有决定性的影响,对蓝碳生态系统效益的评估得出结论,它们对全球大气CO2减排贡献微乎其微,但强调保护和恢复沿海蓝碳的益处不仅限于气候缓解。

 

    2015年联合国气候变化巴黎大会设定目标,将全球气温上升限制在2℃以下并力争1.5℃以下,恢复到工业化前水平。但清洁发电技术和节能措施等排碳正值(正碳排放)本身不足以从根本上解决问题,即使CO2量减少并以较慢的速率排放,CO2净浓度仍在上升,IPCC 报告指出,除大力发展可再生能源外,碳中和目标的实现还依赖于未来负碳排放技术的大规模部署,21 世纪内1001000 亿吨 CO2需要由负碳排放技术清除。

 

    世界应对气候变化在学界与业界逐渐形成共识,认为CCUS技术对于2050年实现碳中和意义重大,到2040年需要部署大规模负碳排放应用技术。CCUS最先用于强化采油,通过CO2把煤化工或天然气化工产生的碳源和油田联系起来,把捕集来的CO2注入油田,使即将枯竭油田再次采出石油的同时,也将CO2永久地贮存在地下;此后开始尝试CO2制化肥和食品级利用、CO2输入园林作为温室气体强化植物生长等。

 

   最早的大型CCUS项目是1972年美国Terrell项目,CO2捕集能力40t/a1982年俄克拉荷马州Enid项目通过化肥厂CO2进行油田驱油,CO2捕集能力70t/a1996年挪威Sleipner项目将CO2注入到地下(世界首个盐水层)年封存CO2量近百万吨;2000年美国与加拿大合作,在Weyburn油田注入Great Plain Synfuels PlantSask Power电厂的CO2,提高濒临枯竭油田采油率的同时,累计封存CO22600多万t2014年加拿大Sask Power公司Boundary Dam Power项目为全球第一个发电厂CO2捕集项目,将150 MW燃煤发电机产生CO2捕集后,一部分封存地下,一部分用于美国Weyburn油田驱油,CO2捕集能力100t/a2019年该项目捕集CO261.6t2015年加拿大Quest项目将合成原油制氢过程中产生的CO2成功注入咸水层封存,年CO2捕集能力100t/a,是油砂行业第一个CCS项目,每年减少碳排放可达100t,截止到2019年,Quest项目已累计捕集CO2400t,是全球最大捕集CO2注入地下项目;2016年澳大利亚西部Gorgon项目是全球最大单体LNG项目Gorgon天然气项目配套,通过液化将CO2从天然气分离注入到巴罗岛盐水层,可达350t/a

 

    正在运行或开发的CCS设施总数最近1年翻了一番,计划中的135CCS中, 2021年前9个月新增了71个项目,包括美国36个英国8个荷兰5个及比利时4个新增等,项目能力从7500万吨/年上升到1.11亿吨/年,增长48%CCS过去主要是垂直整合,捕集厂自建运输系统,现在的趋势是多个项目共享CO2运输和封存基础设施管道航运港口和封存井,CCS网络意味着规模经济小规模受益,挪威政府资助海德堡Norcem Brevik水泥40万吨/CCS项目是CCUS网络Langskip的一部分,加拿大阿尔伯塔省埃德蒙顿利海水泥北美首个78万吨/年全面CCUS项目,CO2通过管道输送到负责处理发电、石油天然气与水泥多个行业脱碳Wabamun中心(2025年投入使用),美国Summit Carbon Solutions世界最大CO2负排放网络容量接近800万吨/年,捕集能力790万吨/年,支持31个生物乙醇厂利用捕集玉米发酵获得高纯度低成本CO2CO2流聚集双重经济效应,降低运输封存成本。

 

    202112月,深圳碳中和生物燃气股份有限公司受生态环境部中国环境科学学特别邀请,担任学会特邀常务理事单位。202112月,中国环境科学学会发布中国首部《二氧化碳捕集利用与封存术语》T/CSES 412021团体标准。

 

    但中国没有CCUS原创技术,为实现碳达峰碳中和国家高质量发展绿色转型,中国CCUS战略技术领域亦步亦趋跟随欧美的状况必须彻底改变。深圳碳中和生物燃气股份有限公司在生物质能在最前沿技术领域十几年产业化实践中,将生物质能替代化石能源与工业过程CO2收集利用技术相结合,集成创造出一种非电厂生物质能利用工业负碳排放颠覆性原创技术BECCUBioass-energy With Carbon Capture and Utilization),并申请一系列中国专利。

 

   中国CCUS起步晚,2004年开始抄欧美作业,2006年后政府陆续出台CCUS政策,2007年中国石油吉林油田和中石化华东分公司草舍油田开启国内CO2捕集项目年储存CO2能力35t;同年,中石化华东分公司在草舍油田建成CO2年注入量4t先导试验项目,后期建成CO2回收装置年处理量2t。胜利油田、中国神华、延长石油及中原油田等加速推进CO2捕集项目工业化。2010年胜利油田建成国内首个燃煤电厂CCUS示范项目,采用燃烧-捕集技术将捕集CO2注入油田驱油,CO2捕集能力3万至4t/a2011年神华鄂尔多斯10t/aCCS示范项目采用甲醇吸收法捕集煤气化制氢项目尾气CO2,向盐水层中注入CO2,是国内首个盐水层地质封存实验;2012年,延长石油建成5t/a CO2捕集利用项目,CO2经低温甲醇洗技术提纯加压液化后注入油田;2015年中原油田炼厂尾气CCUS项目CO2驱油提高采出率15%,已有百万吨CO2注入地下。2022年初,中国首个CCUS百万吨级抄作业项目宣布建成。

 

    除以上传统CO2捕集,中国正在开发新型食品、精细化工行业CO2再利用技术,2009年上海石洞口二电厂项目捕集规模10t/aCO2用于食品行业;2011年连云港清洁煤能源动力系统研究所CO2捕集一部分用于尿素和纯碱工业,一部分注入盐水层封存;2012年天津北塘国电集团CO2捕集示范项目采用燃烧后捕集,年捕集量2t CO2用于食品行业;2010年新奥内蒙古达拉特旗微藻固碳技术将煤制甲醇/二甲醚尾气吸收,一部分用于生物柴油,一部分用于生产饲料,处理量达2t/a2018年海螺水泥建立5万吨级工业CCUS试验项目。中国新兴CO2利用方向包括加氢制甲醇、加氢制异构烷烃、加氢制芳烃、甲烷化重整等,基本上亦步亦趋跟随欧美技术路线,山西煤化所、大连化物所、中科院上海研究院、大连理工大学等都处于催化剂理论研究阶段或中试阶段,尚未有进入商业化运用CCUS实用技术。

 

      目前,世界130多个国家提出碳中和目标,很多国家的碳中和目标依赖于CCUS,中国已投运的CCUS示范项目中,水泥行业受到技术成熟度的影响具有最高的捕集能耗,达到 6.3 GJ/t CO2;电力行业捕集能耗为 1.6~3.2 GJ/t CO2;煤化工行业由于捕集源和捕集技术的差异性,能耗为 0.7~2.5 GJ/t CO2;石油化工行业的捕集能耗最低,约为 0.65 GJ/t CO2。电力、水泥是我国减排成本较高的行业,净减排成本分别为 300~600  /t CO2180~730  /t CO2。煤化工和石油化工领域的一体化驱油示范项目净减排成本最低可达到 120  /t CO2

 

     CCS项目成本看,捕集能耗高的行业 CCUS 示范项目成本比较高,降低 CCUS 捕集能耗对降低我国 CCUS 示范项目成本十分重要。就 CCUS 全链条技术而言,现阶段全球主要碳源(煤电厂、燃气电厂、煤化工厂、天然气加工厂、钢铁厂、水泥厂)的 CO2 避免成本约为 20~194 美元 /t CO2,我国 CCUS 成本整体处于世界较低水平。我国传统电厂、整体煤气化联合循环发电系统(IGCC)电厂的避免成本分别为 60 美元 /t CO281 美元 /t CO2,相比 60~121 美元 /t CO281~148 美元 /t CO2世界平均水平处于国际最低水平。我国钢铁、化肥生产的避免成本分别为 74 美元 /t CO228 美元 /t CO2,相比于 67~119 美元 /t CO223~33 美元 /t CO2的世界平均水平,接近国际最低水平。我国天然气循环联合发电(NGCC)、水泥行业的避免成本为 99 美元 /t CO2129 美元 /t CO2,相比 80~160 美元 /t CO2104~194 美元 /t CO2的世界平均水平处于低位。我国天然气加工行业的避免成本为 24 美元 /t CO2,相比 20~27 美元 /t CO2的世界平均水平,处于中等位置。

 

     联合国政府间气候变化专门委员会IPCC研究认为,如果不采 CCUS 技术,大部分模式都无法实现到21世纪末2℃的温升控制目标;即使可以实现,减排成本也会成倍增加,预计增幅平均高达 138%

 

    长期以来,受高能耗高成本技术不成熟因素影响,CCUS 技术经济不具可行性,与其他低碳技术如风能太阳能相比,不具竞争力。

 

    欧美几十年研究开发的CCS技术路线违反热力学四大定律,面临商业化巨大挑战。按照普里戈金的耗散结构先进系统工程理论,CCS技术的CO2捕集封存完全成本远超过化石能源的实际经济利用价值,是根本没有前途的碳中和移除技术。必须开发基于工业过程的CDR技术,才能实现碱污降碳协同增效目的。中国与欧美发展阶段和国情不同,亦步亦趋跟随欧美没有前途,必须走中国自己的碳中和之路。

 

     深圳碳中和生物燃气股份有限公司系列申请专利BECCU颠覆性原创技术,摒弃欧美几十年的CCS碳捕集地质储存传统技术路线,立足工业生产过程碳排放,在工业碳排放源点直接进行CO2收集和利用,前所未有地开辟与现有CCS技术完全不同的颠覆性负碳排放新技术路线,并在轻质碳酸钙与钢铁、氧化铝等生产工艺率先取得技术突破。

 

 

3)应对气候变化碳中和生态系统工程整体综合性技术路线

 

    深圳碳中和得益于中国传统文化系统性优秀文化成果,吸收全球科学家与IPCC几十年研究成果,其应对气候变化理念,独创生态系统工程碳循环应对气候变化第三代自然与技术相结合整体综合性路线。

 

     中国气候变化学者、国家气候战略中心主任、中国环境科学学会碳达峰碳中和专业委员会秘书长柴麒敏先生,将气候变化科学认知与传播归纳为三个阶段:早期自然科学单项研究、自然科学综合研究和自然科学与社会科学综合研究阶段。

 

    早期自然科学单项研究阶段,不同学科的科学家分别试图从地理学、海洋学、生物化学、天文学、天体力学等视角来阐释地球气候变化现象,任何单一学科的研究都不足以让科学家彼此信服。

 

     19世纪初,热的解析与热传导理论创始人约瑟夫·傅立叶提出温室效应理论,爱尔兰科学家约翰·廷德尔提出全球变暖理论,斯万特·阿雷尼乌斯19世纪末提出温室效应物理学原理,即辐射与辐射源温度的4次方成正比,1938年,斯图尔特·卡伦德提出全球温度升高与化石燃料燃烧产生的二氧化碳密切相关。一些科学家对早期单项研究持怀疑态度,因此,早期研究并未引起科学界足够重视。

 

     第二阶段自然科学综合研究,人类认知有了质的飞跃。科学家利用碳同位素等新方法测量大气、海洋中碳元素,并用计算机对气候变化进行模拟,整合发展出气候学科,认知开始质的飞跃,一些跨学科跨国界合作研究推动了气候科学发展,罗杰·兰德尔·道根·雷维尔、卡尔-古斯塔夫、汉斯·爱德华·聚斯、吉尔伯特·诺曼·普拉斯等科学家作出了重要努力,特别是查尔斯·大卫·基林,其极具影响力的基林曲线(Keeling Curve),证实大气二氧化碳浓度上升趋势、人类活动的温室效应和全球变暖趋势。

 

    自然科学综合研究,人们开始相信全球变暖以及人类活动可能改变气候,但这仍然只是自然科学家对气候变化成因可能性的逻辑判断,科学上完全确定还需要实证研究。20世纪中期,人类开始寻找古气候学、深海沉积、冰河期花粉、浮游生物化石、冰芯等气候变化证据,开展实证研究,大气与海洋环流物理、数学模型受到重视,60年代,真锅淑郎领导开发物理模型,研究CO2水平增加如何导致气温升高,该模型1975年发表,模型纳中入了气团对流垂直输送与水蒸气潜热等因素,并从一维模型拓展到三维模型,证实大气升温确实是由于CO2增加所致,该成果发表十年后,德国科学家克劳斯·哈塞尔曼引入随机漫步理论,开发识别人类对气候影响的指纹识别法,将天气与气候联系起来,创建随机气候模型,并通过大量观测,刻画了人类对气候影响的过程与轨迹图景。

 

    经过长时间的科学与实证研究,特别是系统论、控制论和信息论的发展,气候变化研究进入新阶段,人类认知到气候变化是多种因素相互作用的结果,气候变化问题由自然科学研究转向自然科学与社会科学及管理学综合研究的第三阶段,其标志性人物:1962年海洋生物学家Rachel Louise Carson《寂静的春天》,1972年挪威管理学家德内拉·梅多斯、丹尼斯·梅多斯等罗马俱乐部智库组织报告《增长的极限》,2006年美国副总统、社会活动家戈尔《不容忽视的真相》政治宣传片。气候变化从科学领域进入社会管理、治理与政治领域,推动了应对气候变化的国际行动。 1979年世界第一次气候大会,全球科学家就大气CO2浓度增加导致地球升温达成初步共识,1988年联合国环境规划薯与世界气象组织联合设立政府间气候变化专门委员会IPCC:全球气候变化系统化、制度化的政府间国际组织,其开放权威、较为客观的气候评估报告,凝聚全球自然科学、社会科学与管理科学及国际社会、国际政治共识,气候变化科学共同体与社会共同体逐渐形成。

 

    IPCC气化变化评估报告及决策者摘要并不是一手学术成果,只是基于学者和共同体授权,对科学研究成果与共识进行综述,不具有法律约束力,不自动成为联合国气候变化框架公约(UNFCCC)缔约国的国内法。但作为最具广泛科学共识和参考价值的政策指导,IPCC报告成为各国政府制定气候政策权威科学依据和联合国气候变化框架公约(UNFCCC)谈判的公认科学基础。

 

     人类科学共同体IPCC对气候变化的科学认知,推动全球应对气候变化谈判及共同行动,《联合国气候变化框架公约》《京都议定书》“巴厘路线图”《哥本哈根协定》《巴黎协定》《格拉斯哥协定》等国际法文件相继出台,人类采取行动应对气候变化。

 

     IPCC199019952001200720142021-20226次发布评估报告,对气候变化是否由人类活动所引起问题的判断,从第三次报告的“可能”到第四次报告“很可能”再到第五次报告“极有可能”,20218月,IPCC第六次评估报告第一工作组报告AR6《气候变化2021:自然科学基础》作出科学判断:气候变化毋庸置疑(unequivocal)是由人类活动所引起。国际社会气候变化阴谋论及各种异议与不同声音,日渐式微乃至消失。

 

     2021年被称为中国碳中和元年,由于大部分人的碳中和理念至今停留在碳中和概念初创的第一阶段,资本市场与媒体跟风炒作碳信用抵消与碳交易等应对气候变化等市场化工具,误导社会舆论及公众认知,碳中和理论与实践中出现了一些错误与偏差。

 

     2021430日,19届中央政治局就生态文明进行第三次集体学习,习总书记发表重要讲话《努力建设人与自然和谐共生的现代化》,及时果断对社会上出现一些落伍的碳达峰碳中和理念及错误行为进行纠偏。2021922日,中共中央国务院中发【202136号文《关于完整准确全面贯彻新发展理念,做好碳达峰碳中和工作的意见》,对中国应对气候变化“双碳”战略进行顶层设计,明确提出,实现碳达峰碳中和是统筹国内国际两个大局作出的重大战略决策,着力解决资源环境约束的突出问题与中华民族永续发展问题,是构建人类命运共同体的庄严承诺。

 

    完整准确全面贯彻新发展理念,做好碳达峰、碳中和工作,必须以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,深入贯彻习近平生态文明思想,立足新发展阶段,贯彻新发展理念,构建新发展格局,坚持系统观念,处理好发展和减排、整体和局部、短期和中长期的关系,把碳达峰、碳中和纳入经济社会发展全局,以经济社会发展全面绿色转型为引领,以能源绿色低碳发展为关键,加快形成节约资源和保护环境的产业结构、生产方式、生活方式、空间格局,坚定不移走生态优先、绿色低碳高质量发展的中国道路,确保如期实现碳达峰碳中和目标,探索出一条中国式人与自然和谐共生的人类命运共同体的中华文明现代化之路。

 

 

 

 

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