平板玻璃行業如何從低碳走向碳中和

劉志海

1 我國實現碳中和的決心空前

2020年9月22日，國家主席習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上發表重要講話強調，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。

2020年9月30日， 國家主席習近平在聯合國生物多樣性峰會上通過視頻發表重要講話，再次強調了“中國將秉持人類命運共同體理念，繼續做出艱苦卓絕努力，提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和，為實現應對氣候變化《巴黎協定》確定的目標做出更大努力和貢獻?！?/p>

2020年11月3日，《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》中提出：“降低碳排放強度，支持有條件的地方率先達到碳排放峰值，制定二〇三〇年前碳排放達峰行動方案。”

2020年12月12日，國家主席習近平在氣候雄心峰會上通過視頻發表題為《繼往開來，開啟全球應對氣候變化新征程》的重要講話，宣布中國國家自主貢獻一系列新舉措， “到2030年，中國單位國內生產總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右，森林蓄積量將比2005年增加60億立方米，風電、太陽能發電總裝機容量將達到12億千瓦以上?！?/p>

2020年12月18日，中央經濟工作會議將做好碳達峰、碳中和工作列為2021年的八項重點任務之一。會議確定我國二氧化碳排放力爭在2030年前達到峰值 力爭2060年前實現碳中和；要抓緊制定2030年前碳排放達峰行動方案，支持有條件的地方率先達峰。

2 碳中和概述

2.1 碳中和定義

《劍橋英語詞典》英語詞源的定義，碳中和（carbon neutrality或者carbon neutral）是指社會（商業行為、組織與個人）排放二氧化碳總量與去除（remove）環境（大氣）中存在的二氧化碳總量相等，從而達到二氧化碳凈零的排放狀態。

維基百科的定義，碳中和是指通過平衡二氧化碳排放與碳去除（carbon removal），通常是通過碳補償（carbon offset），或簡單地完全取消二氧化碳排放（向“后碳經濟”過渡），來實現二氧化碳凈零排放（net zero carbon dioxide emissions）。

IPCC特別報告《全球變暖1.5℃》的碳中和定義是：當一個組織在一年內的二氧化碳（CO2）排放通過二氧化碳去除技術應用達到平衡，就是碳中和或凈零二氧化碳排放。

《PAS 2060：2010 碳中和證明規范》中碳中和定義：處于碳中性的狀態?！疤贾行缘摹倍x是：標的物溫室氣體排放導致大氣中全球溫室氣體排放量凈增長為零的情形。

碳中和，是指企業、團體或個人測算在一定時間內直接或間接產生的溫室氣體排放總量，通過植樹造林、節能減排等形式，抵消自身產生的二氧化碳排放量，實現二氧化碳“零排放”。

2.2 企業實現碳中和狀態的方式及步驟

2.2.1 實現碳中和狀態的方式

碳中和狀態大致可以通過以下兩種方式實現：

（1）減少碳排放，是實現碳中和的基礎

通過采取提高能源利用效率、節能技改、可再生能源利用、植樹造林、碳捕捉封存、回收利用等一系列有效措施，來減少因生產、生活等活動而產生的碳排放。此方式雖不能完全實現“碳中和”，但減少碳排放是實現碳中和的基礎和前提。

（2）平衡抵消碳排放，實現碳排放凈零增長

通過特殊的方式進行碳消除，來平衡二氧化碳排放。通常是通過碳補償或通過從大氣中移除或封存二氧化碳的過程，來彌補其他地方的排放。碳補償一般通過向專業機構購買碳減排量或資助相關的碳減排項目來實現，即通過市場交易的方式，購買碳減排量以抵消自身排放量，此方式以自愿為基本原則，通常由排放者（買方）、減排者（賣方）和中介（交易機構）三方來共同完成。

2.2.2 實現碳中和狀態的步驟

企業實現碳中和，主要包括以下幾個步驟：

（1）測算碳足跡，建立低碳體系

參照GB/T 32151.7—2015《溫室氣體排放核算與報告要求 第7部分：平板玻璃生產企業》核算方法，測算企業的碳足跡。碳足跡測算是針對企業所有可能產生溫室氣體的來源，進行排放源清查與數據搜集，以了解企業溫室氣體排放源及量化所搜集的數據信息。然后按照RB/T 259—2018《平板玻璃企業溫室氣體排放核查技術規范》核查企業溫室氣體排放量。建立企業低碳體系，管理碳足跡，是企業實現碳中和的首要環節。

（2）減少碳排放

對企業排放源清查，詳細了解企業的碳排放源及量后，按照國家政策及行業發展規劃要求，制定出切實可行的減排措施，從而減少因企業生產運營等活動中所產生的碳排放。

（3）購買可用的“綠色電力”；購買經核準的碳抵免額來“中和”剩余的二氧化碳排放量。通過購買這些“負排放量”，購買方得以平衡和抵消其剩余的碳排放，從而實現碳中和。

3 平板玻璃行業碳排放現狀

參照GB/T 32151.7—2015《溫室氣體排放核算與報告要求 第7部分：平板玻璃生產企業》核算方法，測算出平板玻璃行業的年排放總量。其總量為行業所有生產系統的化石燃料燃燒產生的排放量、原料配料中碳粉氧化產生的排放、原料碳酸鹽分解產生的排放以及企業購入的電力、熱力消費的排放量之和，同時扣除輸出的電力、熱力所對應的排放量。

2019年我國平板玻璃產量94 461.22萬重量箱，同比增長0.53%。經測算，全行業約排放二氧化碳3 395.05萬t，同比增長0.1%，單位產品平均二氧化碳排放強度359.41 t/萬重量箱，同比減少0.42%。近幾年我國平板玻璃行業碳排放量情況見表1。

表1 近幾年我國平板玻璃行業碳排放量情況

3.1 絕對值增長，相對值減少

由表1看出，我國平板玻璃行業碳排放總量處于增長態勢，而單位產品平均碳排放強度則處于下降態勢。說明我國平板玻璃行業節能減排工作取得重大成效，但其成效尚未抵消產量帶來的碳排放絕對值的增長。

就實現碳中和而言，業內應確立這樣的信念：企業或整個行業需要關注的能源消耗量和二氧化碳排放量，不只是相對值，更要緊的是絕對值。絕對值才是企業或整個行業需要補償抵消的額度。

3.2 尚未達到高峰

由表1看出，我國平板玻璃行業碳排放總量近幾年處于低增長態勢。國家統計局月度數據顯示，2020年1—11月我國平板玻璃累計產量同比增長1.3%。假如按單位產品平均二氧化碳排放強度同比減少0.5%考慮，全行業二氧化碳排放總量將增加約0.8%?？梢耘袛啵壳拔覈桨宀Ａ袠I碳排放接近但尚未達到高峰。

4 平板玻璃行業實現碳中和的主要途徑

4.1 節能將是平板玻璃行業實現碳中和最重要、最經濟的手段

我國平板玻璃行業碳排放類型構成如表2所示，其中外購電力與燃料消耗帶來的CO2排放量占總排放量的73%。因此，能源消耗是平板玻璃行業碳排放的主要來源，節能依然是平板玻璃行業實現CO2減排的主要途徑。

表2 我國平板玻璃行業碳排放類型構成

要充分認識到節能工作對實現碳中和目標的重要性，把節能作為“第一能源”納入行業和企業日常管理。具體而言，平板玻璃行業應從原料改進、能量轉換、提高熱效率等方面全面部署節能減排（減碳）工作。

4.1.1 通過能量轉換技術實現節能

（1）使用低碳燃料

2019年7月1日，國家生態環境部、發展改革委、工業和信息化部、財政部聯合發布的《工業爐窯大氣污染綜合治理方案》（環大氣[2019]56號）中明確要求：“對以煤、石油焦、渣油、重油等為燃料的工業爐窯，加快使用清潔低碳能源以及利用工廠余熱、電廠熱力等進行替代?！?/p>

平板玻璃行業常用燃料相關參數（GB/T 32151.7—2015）見表3。從表3的數據可以看出，目前在平板玻璃行業常用燃料中，天然氣是相對的低碳燃料，其次是焦爐煤氣。

表3 平板玻璃行業常用燃料相關參數（GB/T 32151.7—2015）

生產企業、行業主管部門、行業協會要達成共識，采取一定的行政手段，強制性淘汰使用高碳的劣質燃料，鼓勵使用低碳清潔燃料。

（2）推廣應用全氧或富氧燃燒技術

玻璃熔窯引入氧氣燃燒系統可分為全氧燃燒和富氧燃燒兩種。全氧燃燒是指用工業氧氣代替空氣來燃燒燃料，可以使燃料燃燒更加完全。富氧燃燒是通過提高助燃空氣中的氧氣比例強化燃燒，達到高效節能的目的。

采用全氧或富氧燃燒具有以下優點：提高能源利用率。采用富氧氣體作為氧化劑，可以減小過量空氣系數，即氧化劑的體積，從而減小排煙損失；另一方面，可以促進燃料的完全燃燒，減小飛灰含碳量，提高燃料的燃燒效率。易于二氧化碳的分離及處理。富氧燃燒使得煙氣中的二氧化碳體積分數提高，從而給二氧化碳的分離創造了一定條件，可使二氧化碳處理更有效率。富氧燃燒產生的煙氣主要由水和二氧化碳組成，采用水分離技術在后端能比較容易地捕集到二氧化碳。強化玻璃熔窯內部傳熱。隨著氧濃度的提高，直接的影響就是造成玻璃熔窯內部溫度場的提高，使燃燒變得較為穩定，因此可以強化和穩定玻璃熔窯內部換熱。

（3）探索應用玻璃空中熔化技術

玻璃空中熔化技術是使用高達10 000 ℃的等離子燃燒火焰和全氧燃燒火焰的聯合加熱將吹入窯內的玻璃粒狀配合料熔化成玻璃。此方法可將玻璃配合料在極短時間內加熱到高溫熔化，大幅度降低了玻璃熔化的能源消耗。

（4）探索應用玻璃熔窯全電熔或電助熔技術

電力是目前最清潔的能源之一，尤其是光電、風電、水電等綠色電力，不存在碳排放問題。所以生產企業、科研單位要加大大型玻璃熔窯電熔技術研發力度，盡快實現產業化。要研究平板玻璃生產的電助熔和化石燃料的最佳組合方案，使能源燃料的二氧化碳產生及排放達到最低。

4.1.2 通過提高燃燒效率實現節能

（1）玻璃熔窯內保溫孵化及燃燒器改進

采用玻璃熔窯內保溫孵化技術及燃燒器改進技術，有利于節約能源，尤其有利于減少氮氧化物的產生及排放。同時，因為減少燃燒空氣量的使用，使煙氣中二氧化碳的濃度提高，有利于二氧化碳的分離及處理，從而減少碳排放。

（2）低溫熔化技術

降低玻璃熔化溫度的途徑一般有兩種，一是在不失去實用性的前提下，采用低溫熔化玻璃的化學組成；二是開發盡可能多的使用碎玻璃的辦法。據某試驗研究報告指出，使用碎玻璃20%以上的玻璃熔窯，每增加10%的碎玻璃用量，熔窯操作溫度可以降低5 ℃，每使用l t碎玻璃可節省30～40 m3的天然氣。

4.1.3 通過原料改進技術實現節能

在平板玻璃生產過程中，生產使用的原料中含有碳酸鹽如石灰石、白云石、純堿等碳酸鹽在高溫狀態下熱分解產生的CO2排放、及生產過程中碳粉中的碳被氧化成CO2排放量占總排放量的約27%。所以合理調整配合料配方，控制配合料的氣體率，同時采取添加活性原料、合理增加碎玻璃的利用率等手段，可以有效減少原料在生產過程中的CO2排放量。

（1）合理調整配合料配方，控制配合料的氣體率。比如合理減少玻璃組成中Na2O的含量，可直接達到降低CO2的排放量。據資料，在鈉鈣硅玻璃中，每減少玻璃化學組成中1%的Na2O，若按600 t/d熔窯計算，每年玻璃配合料中可減少純堿用量約3 672 t，可直接減少CO2的排放量約為1 527 t。

（2）采用配合料塊化、?；皖A熱技術。配合料塊化、粒化和預熱技術， 可以大大降低熔化溫度，減少燃料的用量，故燃燒生成的CO2也隨著減少。資料表明，如以流化床預熱或特殊預熱器預熱，則CO2的排放量可降低15%以上。

4.2 研發天然氣摻氫清潔燃料在玻璃行業的應用

氫能是一種二次清潔能源，也是一種零碳能源，具有“清潔、高效、安全、可持續”等特點，被譽為未來世界能源架構的核心。2019年3月，世界能源理事會發布的《氫能—工業催化劑（加速世界經濟在2030年以前實現低碳目標）》中把生產過程中有大量CO2排放的氫（由煤、焦、石油和天然氣等炭素材料或碳氫化合物等經重整脫碳反應以及使用非綠色電力電解水而得的氫）稱為“灰氫”，把通過CO2捕集、利用和封存技術處理后避免CO2排放的氫稱為“藍氫”，用綠色電力電解水制得的氫被稱為“綠氫”，顯然是“灰氫不可取，藍氫可以用，廢氫應回收，綠氫是方向”。

天然氣摻氫清潔燃料（HCNG），是將氫氣與天然氣按一定比例混合而得到的代用氣體燃料，是“淺氫燃料”的一種。該燃料充分利用了氫氣和天然氣兩種燃料的優點，改變了天然氣的燃燒特性，減少其燃燒量，將成為化石能源向氫能經濟過渡、加速氫能產業發展的最可行方案。

近年來，日本、澳大利亞、德國、意大利等多個國家已經在試點通過天然氣輸配管網摻混氫氣。2019年9月，我國國家電投集團公司在遼寧朝陽完成了國內首個天然氣摻氫示范項目第一階段工程，填補了國內在技術和標準方面的空白。

目前，天然氣摻氫需進一步試點，尚不具備大規模推廣的條件，但應看到氫能在天然氣行業的應用將成為一種趨勢。目前，中國標準化協會（標協2020[289]號）文件批復了《天然氣摻氫混氣站技術規程》的立項申請，由城鎮基礎設施分會暨北京城市管理科技協會組織實施編制工作。該標準的制定和實施將有利于我國天然氣摻氫技術的發展和應用。

4.3 參與碳匯項目及再生能源項目

4.3.1 參與碳匯項目

碳匯，是指通過植樹造林、森林管理、植被恢復等措施，利用植物光合作用吸收大氣中的二氧化碳，并將其固定在植被和土壤中，從而減少溫室氣體在大氣中濃度的過程、活動或機制。

玻璃企業應有計劃的及早通過碳交易等形式積極參與碳匯項目，以實現企業碳中和。盡管從企業經濟運行來看，會較大程度的增加成本，但從企業未來生存來看，這是唯一的出路。

4.3.2 參與再生能源項目

眾所周知，玻璃是光伏發電和光熱發電再生能源項目的基礎材料，所以光伏玻璃和光熱玻璃生產經營企業，應將其產品作為投資參與光伏發電和光熱發電再生能源項目，并盡可能地使用光伏發電和光熱發電再生能源，以抵消平衡經營運行中的碳排放，達到碳中和的目的。

5 結語

趨于形勢所迫，平板玻璃行業及業內每個企業必須制定成為碳中和企業的路線圖，必須采取多種措施減少碳排放，目標是實現碳中和。雖然在技術和財力等方面面臨“巨大挑戰”，但對于整個行業及每個企業可持續發展而言，這是必須達到的目標，更是未來玻璃行業及企業在環境發展中的必備條件。