中國化學家發明碳回收革命性技術 可降碳除霾

《中國經濟周刊》 記者 胡維佳 | 湖南報導

“速生草本植物碳轉化刈割封存技術，可促進生物質飛躍大增，獲得足量的生物質，將其製備成固體、氣體、液體形態的能源品，替代化石能源，實現大氣溫室氣體負增長，可降碳除霾，解決相關環境問題。”中國的一位化學家雷學軍自信地對《中國經濟周刊》介紹。

雷學軍研究員，湖南省精細化工研究所所長、全國勞動模範、國務院政府特殊津貼專家。他發明的“速生草碳轉化刈割封存技術”，即利用速生草的光合作用，將大氣中的二氧化碳轉化成固態的有機碳化合物，從而減少大氣中的二氧化碳含量，在全球二氧化碳的回收方面實現了革命性突破。

與此同時，來自環保、科技等相關機構和領域的多位專家，在對雷學軍的專利技術和科研基地進行調研和考察后認為，此技術的另一革命性意義在於，將有限的森林碳匯變成無限的植物碳匯，改虛擬的“指標”碳排放權交易為可計量的實物碳品交易。

“如果此項技術在實踐應用中，確能達到減碳、固碳、除霾效果，並能推廣形成業規模，那麼其現實意義不可忽視。”一位權威政策研究專家分析，“既解決中國節能減排和除霾的技術難題，又可以緩解中國節能減排的巨大壓力，改善中國在世界上的環保負面形象。”

雷學軍對自己技術的自信及其潛在意義，遠超過專家的預估和評價。“我們經過科學測算，如果此技術得到規模化推廣應用，那麼，中國只需要用50年時間，種植和加工4369億噸碳品，全球二氧化碳的濃度就可以降低恢復到工業革命前的水平，實現人類碳排放與碳回收的自然平衡狀態，二氧化碳的減排就會成為歷史。”

令雷學軍沒想到的是，他的專利技術得到了一位地方官員的高度認可，並自願為他做試驗試點：位列中國百強縣第7位的湖南省長沙縣，確定2014年創建全國首個“零碳縣”試點發展模式，縣委書記楊懿文親任試點領導小組組長。

楊懿文，長沙縣之所以自願率先試點，他們的考慮是，長沙縣是工業大縣，但同時也一直高度重視生態發展，“如果借助此項中國原創發明技術，長沙縣能在全國率先實現‘零碳縣’目標，那麼全國2856個縣也可以通過複製實現零碳。中國的節能減排目標也許可以由此實現。”

碳回收的革命性技術——依靠速生草吸收工業革命帶來的二氧化碳增量

全人類都在努力，但也都不明白：為何沒人能將工業革命帶來的歷史遺留問題——二氧化碳排放增量或存量給解決掉？

對於普通人來，二氧化碳的回收是個知識盲點和技術難題；但對於化學家雷學軍來，難題似乎只是一個簡單的化學原理：二氧化碳的排放和回收，原本是自然界自我完成的一個循環平衡，即地質運動、人類和動物等生存排放，海洋、森林和草原等植物吸收；但是，從工業革命開始，化石能源的使用人為地將碳排放一下子陡增。根據聯合國政府間氣候變化專門委員會統計公佈的數據，工業革命前，即1750年，大氣中的二氧化碳總質量約為1.462萬億噸，而工業革命以來將這一數字驟然擴大為2.1萬億噸，增加了6380億噸。也就是，目前，人類節能減排需要從大氣中回收的二氧化碳，就是這6380億噸。

如何回收和減少呢？雷學軍介紹，從科學原理看，二氧化碳的回收途徑很簡單，通過自然界中的植物吸收。他算了一筆賬：現在的世界森林總面積約40 億公頃，儲存的碳儲總量為2890億噸。換句話，現有的世界森林面積能夠形成的森林碳儲總量只有2890億噸。城市化和工業化使森林面積不斷減少，因此，對全球節能減排目標中需要減少的6380億噸二氧化碳來，森林已是盡力了。

“現有的森林面積是經過6500萬年才形成的，地球陸地面積有限，因此用擴大森林面積來減碳的思路根本行不通。”雷學軍斷然否定。

除此之外，他還對寄希望於秸稈等生物質能源來實現減排目標的美好願望，用數據潑了一盆冷水：現在世界能源年使用總量約160億噸標煤，相當於 320億噸碳品，而世界秸稈年總量43.8億噸，僅占世界總能耗的13%。因此，秸稈不能替代化石能源，不能實現大氣二氧化碳負增長。

“既然依靠森林自然回收和依靠減少新排放，都解決不了化石能源帶來的二氧化碳存量問題，我們就必須轉換思路，回到治本這一起點。”雷學軍。

何為治本？

雷學軍將複雜的科學難題翻譯為通俗語言：種植既速生、體積又高大的草本植物(代替生長緩慢的森林)，通過光合作用吸收空氣中的二氧化碳；然后再將速生草通過乾燥和成型，減小體積、做成標準碳品，最后封存在倉庫中，從而達到固定空氣中二氧化碳的作用，降低大氣二氧化碳濃度。

何謂速生草本植物？

在雷學軍的科研基地，第一次來參觀的人都會被一種從未見過、比人還高的速生植物嚇一跳：2~3米高、葉子寬大、種植密集，外形類似玉米和高粱，而且在湖南地區每年可以像割韭菜一樣重覆收割3到4次。更令人吃驚的是，他們的研究發現，以喬木普遍50年的生長周期計算，速生草由於一年可多次收割，同樣的種植面積，50年在一個單位地塊反復收割種植的速生草加起來，葉面總面積是喬木的260～370倍；葉綠體總數量是喬木的250～350倍；生物質總量和捕碳總量是喬木的50~80倍。

這些速生高大的草本植物被收割后，便被送到科研基地的“固碳加工流水”：鮮草通過乾燥、粉碎、壓縮，最后成為“壓縮餅乾式的標準碳品”。

據介紹，這些速生草的選育、栽培、加工、儲碳、封存，可實現大氣二氧化碳負增長，並能代替化石能源、化學肥料、化學農藥，製備精細化工品，修復生態環境等進行綜合利用，雷學軍已經申請獲得了29項發明專利。

在科研基地，記者看到了整齊封存的標準碳品。但它們真的將二氧化碳吸收並儲存了嗎？

面對記者的疑問，雷學軍提供的“南方林業生態應用技術國家實驗室”為其所做的技術檢驗報告顯示：有機碳塊中有機碳含量達49.2%，封存1噸有機碳塊相當於封存1.46噸二氧化碳。

為了幫助記者更通俗地理解標準碳品的碳儲量與現實中二氧化碳排放的關係，雷學軍又算了一筆賬：鋼鐵企業一直是碳排放“大戶”，例如寶鋼，按其1500萬噸量計算，二氧化碳排放量約為3000萬噸；為固化這些二氧化碳，就需要2054.8萬噸碳品。

從一個企業擴展到全球，數字又如何？雷學軍測算，將全球大氣中二氧化碳濃度從當前的0.0391%降低到工業革命前的0.0275%，需封存4369億噸標準碳品；若每年封存90億~110億噸，需種植土地、濕地和水面面積約10000萬公頃，“我國的土地、海洋資源完全能夠滿足”，雷學軍，這一過程只需50年時間，就能使大氣中二氧化碳濃度降低至工業革命前的水平，讓空氣污染、溫室效應和霧霾問題得到根本性的解決。

湖南啟動中國首個“零碳縣”試點

速生草固碳的技術理論如何從實驗室向實踐推廣應用？

今年1月21日，中共長沙縣委下發了關於成立“零碳縣”發展模式試點工作領導小組的通知，由縣委書記楊懿文親自擔任領導小組組長。

長沙縣，中國百強縣排名第7，有令人羡慕的經濟發展速度和經濟效益。“只有經濟發展快還遠遠不夠，還必須走低碳經濟道路，將財政資金用好，用於生態保護。”楊懿文對記者。

所謂“零碳縣”，就是將全縣生生活生的二氧化碳排放用速生草固碳封存，實現全縣二氧化碳零排放。

據了解，工業排放是長沙縣空氣污染的主要來源。縣規模以上企業達到400余家，其中銷售額過億的企業超過100家，2014年長沙縣將對規模以上工業企業進行二氧化碳排放量測定，進而完成全縣的碳排放普查工作。

按照《長沙縣“零碳縣”發展模式試點實施方案》，今年全縣將封存標準碳品10萬噸，實現2000畝種植基地、20畝加工基地與50畝倉儲基地；2015年，封存30萬噸；2016年，封存60萬噸，並完成縣委提出的100萬噸級標準碳倉庫的建設目標。楊懿文表示，除標準碳倉庫外，碳品還可以存放在附近的廢舊礦坑裏等等，並不會占用工業和農業用地。

10萬噸、30萬噸、60萬噸，大規模固封二氧化碳，錢從何來？

楊懿文表示，剛開始試點時，縣財政會對項目給予財政支持。2013年長沙縣財政總收入達到180億元，同比增長19.7%，預計2014年財政收入超過200億沒有問題，縣政府將從中拿出約1000萬對項目進行補貼。但最終，二氧化碳固封項目必須實現商業化運作，也只有這樣，才能保證項目的可持續性。

按規劃，從2015年開始，長沙縣將在各領域確定試點企業3~5個，啟動試點企業的碳排放權模擬交易系統。楊懿文介紹，目前對於包括二氧化硫在內的4種污染物，長沙縣對企業收取排污費用，未來縣裏或將適當減少這一部分排污費的收取，將其置換為國際通行的“碳稅”，所謂“碳稅”，就是多排放多交錢、少排放少交錢，按照二氧化碳排放量來收取，做到誰污染誰治理。

不過，與以往稅收不同的是，“碳稅”擬將與標準碳品綁定，即排放多少二氧化碳，就要購買相應數額的標準碳品，目前的計劃是，一噸標準碳品430元。

這種“碳稅”運作模式，不但能實現固碳項目的有效運轉，提供持續資金，也能自動淘汰一批高污染、高能耗的企業，倒逼企業創新減排。

盡管試點已正式啟動和實施，但楊懿文書記坦言，零碳縣由於是全國首家試點，推行中也遇到了不少困難，例如速生草種植過程中灘涂地的確權、如何積極動員農民種植速生草、調動企業的積極性，以及建立“碳稅”的法律執行體系等等，“許多問題都必須在國家層面上才能得到解決，因此固碳項目若能在全國範圍內鋪開，勢必對項目的局部試點起到巨大的推動作用。”楊懿文。

日前，雷學軍領導的項目組已在長沙縣首次固封10噸二氧化碳，形成6.8噸碳品，完成了二氧化碳的首次固封。按照現有數據計算，2011年長沙縣二氧化碳排放量約為164萬噸。減去縣域境內森林、水體等碳匯約155.8萬噸，碳源減碳匯后，僅需固化8.2萬噸標準碳品，堆放成10米高的碳堆占地10.3畝，就能達到二氧化碳“排”、“固”平衡，實現零排放。

為中國政府變革碳匯交易爭取主動權

就在長沙縣積極試點“零碳縣”，建立碳排放權模擬交易系統的同時，2013年11月11日，在華沙召開的2013年度聯合國氣候變化大會談判持續了40多個小時，其中，“碳匯交易”成為各方廣泛關注的熱詞。

所謂碳匯交易，是基於《聯合國氣候變化框架公約》及《京都議定書》對各國分配二氧化碳排放指標的規定，創設出來的一種虛擬交易。發展工業而製造了大量溫室氣體的發達國家，在無法通過技術革新降低溫室氣體排放量達到《聯合國氣候變化框架公約》及《京都議定書》對該國家規定的碳排放標準時，可以採用在發展中國家投資造林的方式，增加碳匯，抵消碳排放，從而降低發達國家本身總的碳排量的目標。

簡單地，所謂碳匯交易，就是發達國家出錢向發展中國家購買碳排放指標，一些國家通過減少排放或者吸收二氧化碳，就可以將多余的碳排放指標轉賣給需要的國家，以抵消這些國家的減排任務。

“中國如果通過速生草固碳技術大量固定二氧化碳，就可以將相應的碳排放指標轉賣給其他國家，不但能生巨大的經濟效益，還能從根本上逆轉我國在氣候變化談判中所遭遇的困境，變被動為主動，履行減排承諾，推翻國際社會對中國日益增加碳排放的指責，為中國積極制定國際規則爭取主動權。”雷學軍。

相比目前二氧化碳買賣指標的虛擬交易，速生草固碳交割的是標準碳品，這一“實體交割”模式，或將在諸多方面改革現有的碳匯交易方式。首先，標準碳品的固碳量是可準確計量的，將標準碳品製成體積、重量相同的標準碳，可實現碳匯交易的準確計價，填補了國際碳交易品不能準確計量的空白；其次，標準碳品相比“森林碳匯”固碳效率更高，且不用占用大量土地，成本大大降低了。

從虛擬交易到實體交易，從森林碳匯到植物碳匯，“打開了碳匯交易的新思路。”楊懿文書記介紹，未來長沙縣將加大對項目的扶持力度，爭取制定出第一個速生草固碳封存技術標準，創設標準封存倉庫和標準碳交易制度，加快推進項目建設。

對於未來標準碳交易制度的推廣，雷學軍建議創立《國際植物碳品封存與碳排放權交易新公約》，將標準碳交易推向國際。此外，據了解，在中國國內，有關國家層面碳排放控制、碳交易的頂層設計也正在研究之中。未來標準碳交易制度，或將在更大範圍內得到普及推廣。

記者在科研基地採訪時，遇到了來此調研的相關政府部門的幾位領導和專家，其中一位專家評價，當年蘋果砸出了英國物理學家的“牛頓定律”，刈割韭菜則啟迪了中國化學家雷學軍；“種植速生草本植物實現大氣二氧化碳負增長”這一樸實的科學思路，蘊藏了革命性技術的大智慧，希望這一中國自主創新的技術，經過進一步的科學探索和實踐應用，真正為解決大氣污染問題找到一條新出路。

專家點評

科技部調研室主任胥和平：

速生草固碳技術為固碳、碳匯開拓新思路

尋找適宜的固碳技術，真正實現碳收集和封存，以減少大氣中存在的碳存量，對解決全球氣候變化非常關鍵。人們過去的努力，一方面是通過專用技術收集人類生生活的碳排放(如重大動力裝備的碳排放)，但目前仍然是技術成本高、數量規模小；另一方面，則是希望通過森林吸碳、固碳，但森林固碳周期長且是階段性的，最終仍形成碳排放，未必真正形成碳封存，因而仍沒有解決碳存量的減少問題。

通過速生植物固碳，為我們解決碳排放問題打開了新思路。

這種技術利用植物的自然光合作用轉化二氧化碳，能將大量的二氧化碳固封在植物體內，並通過速生植物加工實現碳封存。大面積種植一年多次刈割的速生草，如種植皇竹草、蘆葦等速生草，可以充分利用劣質土地，像河灘、海岸等資源，實現大規模的碳收集、封存，可以大大降低碳收集、封存成本，有效降低大氣中二氧化碳濃度，為高效解決碳排放、碳捕捉問題找到了一條重要途徑，對推動從高碳經濟向低碳經濟轉型具有開創性的意義。

近年來，由於我國二氧化碳排放量的不斷上升，受到國際社會不少指責。對此我們要客觀地、歷史地看問題，要積極應對措施。雖然我們歷史排放量少、人均排放量少、轉移排放量大(西方高碳業轉移到中國)，但近年來我國人均排放量和排放總量迅速上升的形態，確實對我們提出了嚴峻挑戰。大規模的碳排放，已經嚴重影響經濟和生態環境的可持續發展，已經成為關係到中國經濟社會轉型發展的重大問題。在解決問題的思路上，我們不僅要控制高碳業的發展規模和速度，同時更要致力於碳收集和封存，以真正實現大氣碳含量的降低。速生草固碳技術及其引發的固碳業發展(碳收集、封存、使用、服務等)，以及碳匯交易方式變革(將森林碳匯變為植物碳匯)，對中國探索新的發展模式，在國際談判上爭取主動，具有重要的意義。

駕馭高碳是贏家

湖南省精細化工研究所所長、國務院政府特殊津貼專家 雷學軍

低碳經濟還只是個空洞概念

近年來，很多人在盲目推崇低碳經濟。但低碳經濟不僅需要強大的技術基礎，還會遏制經濟發展速度。低碳經濟不適合正處於發展階段的中國。

所謂“低碳經濟”是以低能耗、低排放、低污染為基礎的經濟模式。最早出現在英國能源白皮書《我們能源的未來》。在此背景下，“碳足跡”、“低碳經濟”、“低碳技術”、“低碳發展”、“低碳生活”、“低碳社會”、“低碳城市”、“低碳世界”等一系列新概念、新政策應運而生。同時，碳政治、碳課稅、碳品、碳匯林、碳商人等統統被倒進一個鍋裏，炒出了一個個讓人迷糊的碳概念。

其實，大家都明白，在沒有找到實用、經濟、安全和充足的新型能源替代化石能源之前，低碳經濟只能是一個空洞的概念。對於中國這樣的發展中國家來，如果盲目遵從西方發達國家倡導的低碳經濟模式，不僅會遏制經濟發展速度、喪失發展權利和發展機遇，還會在碳交易的國際競爭和國際談判中喪失主動性和主動權。

中國短期內難以擺脫高碳經濟

首先，中國正在加快推進工業化、城市化和現代化建設，正處在能源需求和能源消費的快速增長階段，碳排放總量仍會不斷增加，短期內碳排放總量有可能位列世界第一。在現有能源結構下，要想有效地降低碳排放總量，唯一的辦法就是停止經濟發展，這顯然是不可能的。因此，中國正經歷“高碳”特徵突出的“發展排放”。

其次，富煤、少氣、缺油的資源條件，決定了中國能源結構以煤為主，低碳能源資源的選擇有限。電力中，水電占比只有20%左右，火電占比達77%以上，“高碳”占對比例。

第三，我國經濟的主體是第二業，這決定了能源消費的主要部門是工業，而工業生技術水平落后，決定了我國經濟的“高碳”特徵。例如，工業能源消耗占能源消耗總量高達約70%，特別是採掘、鋼鐵、建材、水泥、電力等高耗能工業行業的能源消耗量又占了能源總消耗量的約60%。

第四，粗放的工業技術是降低碳排放量的瓶頸。我國整體科技水平落后，技術研發能力有限。盡管《聯合國氣候變化框架公約》規定，發達國家有義務向發展中國家提供技術轉讓，但實際情況與之相差甚遠，我國發展低碳經濟所需高端技術，主要依靠商業渠道高價引進。

第五，商品出口和化石能源進口帶來的碳排放轉移。我國是一個商品出口大國，為外國人生提供了大量的商品，豐富了他國的物質生活，卻把生排碳的煙囪架在了中國大地上。

但是，已伴隨工業革命完成經濟發展的發達國家，現在卻大力提倡低碳經濟模式，主導國際碳交易規則，設置碳關稅等壁壘，借低碳經濟遏制中國發展。

誰駕馭了高碳，誰就是贏家

低碳經濟是一種積極的節約行為，但也是一種消極的發展概念，它必然會生制約經濟社會發展的負面效應。因此，必須轉變思路，尋找解決“高碳”出路。

目前，世界碳封存方法主要是工業封存和森林碳匯兩種。工業碳捕集和封存技術(CCS)的弊端是投資大、能耗高、成本高、存儲有泄漏風險等；森林碳匯則存在種植面積有限和殘枝落葉腐爛等二次排放問題。

碳捕集和碳封存，難道真的就是人類無法解決的世紀難題嗎？

其實，從化學角度看，碳排放和碳捕集是一個極其簡單的自然過程：生物質的使用和燃燒，向大氣中釋放CO2，再利用植物通過光合作用吸收大氣圈中的CO2轉化成生物質。再使用，再獲得，周而複始地循環，謂之循環經濟。

基於這一思路，我發明了用速生草本植物捕碳、儲碳的專利技術，這是中國人在全球高碳領域的技術突破。速生草本植物製備的碳品是目前世界上唯一可準確計量的碳交易品，可改變現有的國際碳匯交易標準，引導國際碳排放權交易市場新秩序的建立。同時，我國應迅速建立科學的碳稅制度，用碳稅支持新技術實施，應對和破解發達國家設立碳關稅遏制我國對外貿易壁壘。

進行碳交易的碳品，應該是存世量大，可實現大氣CO2負增長和可準確計量的、碳處於非循環狀態的靜碳品。最好的碳交易品應該是碳分子和碳分子間能固定位置和體積的固態碳品；其次是碳分子間能固定體積不能固定位置的液態碳品；碳分子間不能固定位置和體積的氣態碳品，只有在密閉容器內處於封存狀態時，才能作為碳交易品；能夠向大氣中釋放碳的動碳品不能參與碳交易。

研究掌握碳循環規律，對碳釋放、碳轉化、碳計量、碳封存、碳應用等碳循環過程實施技術控制、統籌和頂層設計，使我國能充分合理地利用沒有國界、沒有紛爭的大氣碳資源，獲得可持續發展的大量物質財富，創造生態文明，走出低碳經濟困局，成為駕馭高碳的贏家。