平板玻璃行业如何从低碳走向碳中和

刘志海

1 我国实现碳中和的决心空前

2020年9月22日，国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话强调，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，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。

2020年9月30日， 国家主席习近平在联合国生物多样性峰会上通过视频发表重要讲话，再次强调了“中国将秉持人类命运共同体理念，继续做出艰苦卓绝努力，提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，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，为实现应对气候变化《巴黎协定》确定的目标做出更大努力和贡献。”

2020年11月3日，《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》中提出：“降低碳排放强度，支持有条件的地方率先达到碳排放峰值，制定二〇三〇年前碳排放达峰行动方案。”

2020年12月12日，国家主席习近平在气候雄心峰会上通过视频发表题为《继往开来，开启全球应对气候变化新征程》的重要讲话，宣布中国国家自主贡献一系列新举措， “到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。”

2020年12月18日，中央经济工作会议将做好碳达峰、碳中和工作列为2021年的八项重点任务之一。会议确定我国二氧化碳排放力争在2030年前达到峰值 力争2060年前实现碳中和；要抓紧制定2030年前碳排放达峰行动方案，支持有条件的地方率先达峰。

2 碳中和概述

2.1 碳中和定义

《剑桥英语词典》英语词源的定义，碳中和（carbon neutrality或者carbon neutral）是指社会（商业行为、组织与个人）排放二氧化碳总量与去除（remove）环境（大气）中存在的二氧化碳总量相等，从而达到二氧化碳净零的排放状态。

维基百科的定义，碳中和是指通过平衡二氧化碳排放与碳去除（carbon removal），通常是通过碳补偿（carbon offset），或简单地完全取消二氧化碳排放（向“后碳经济”过渡），来实现二氧化碳净零排放（net zero carbon dioxide emissions）。

IPCC特别报告《全球变暖1.5℃》的碳中和定义是：当一个组织在一年内的二氧化碳（CO2）排放通过二氧化碳去除技术应用达到平衡，就是碳中和或净零二氧化碳排放。

《PAS 2060：2010 碳中和证明规范》中碳中和定义：处于碳中性的状态。“碳中性的”定义是：标的物温室气体排放导致大气中全球温室气体排放量净增长为零的情形。

碳中和，是指企业、团体或个人测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。

2.2 企业实现碳中和状态的方式及步骤

2.2.1 实现碳中和状态的方式

碳中和状态大致可以通过以下两种方式实现：

（1）减少碳排放，是实现碳中和的基础

通过采取提高能源利用效率、节能技改、可再生能源利用、植树造林、碳捕捉封存、回收利用等一系列有效措施，来减少因生产、生活等活动而产生的碳排放。此方式虽不能完全实现“碳中和”，但减少碳排放是实现碳中和的基础和前提。

（2）平衡抵消碳排放，实现碳排放净零增长

通过特殊的方式进行碳消除，来平衡二氧化碳排放。通常是通过碳补偿或通过从大气中移除或封存二氧化碳的过程，来弥补其他地方的排放。碳补偿一般通过向专业机构购买碳减排量或资助相关的碳减排项目来实现，即通过市场交易的方式，购买碳减排量以抵消自身排放量，此方式以自愿为基本原则，通常由排放者（买方）、减排者（卖方）和中介（交易机构）三方来共同完成。

2.2.2 实现碳中和状态的步骤

企业实现碳中和，主要包括以下几个步骤：

（1）测算碳足迹，建立低碳体系

参照GB/T 32151.7—2015《温室气体排放核算与报告要求 第7部分：平板玻璃生产企业》核算方法，测算企业的碳足迹。碳足迹测算是针对企业所有可能产生温室气体的来源，进行排放源清查与数据搜集，以了解企业温室气体排放源及量化所搜集的数据信息。然后按照RB/T 259—2018《平板玻璃企业温室气体排放核查技术规范》核查企业温室气体排放量。建立企业低碳体系，管理碳足迹，是企业实现碳中和的首要环节。

（2）减少碳排放

对企业排放源清查，详细了解企业的碳排放源及量后，按照国家政策及行业发展规划要求，制定出切实可行的减排措施，从而减少因企业生产运营等活动中所产生的碳排放。

（3）购买可用的“绿色电力”；购买经核准的碳抵免额来“中和”剩余的二氧化碳排放量。通过购买这些“负排放量”，购买方得以平衡和抵消其剩余的碳排放，从而实现碳中和。

3 平板玻璃行业碳排放现状

参照GB/T 32151.7—2015《温室气体排放核算与报告要求 第7部分：平板玻璃生产企业》核算方法，测算出平板玻璃行业的年排放总量。其总量为行业所有生产系统的化石燃料燃烧产生的排放量、原料配料中碳粉氧化产生的排放、原料碳酸盐分解产生的排放以及企业购入的电力、热力消费的排放量之和，同时扣除输出的电力、热力所对应的排放量。

2019年我国平板玻璃产量94 461.22万重量箱，同比增长0.53%。经测算，全行业约排放二氧化碳3 395.05万t，同比增长0.1%，单位产品平均二氧化碳排放强度359.41 t/万重量箱，同比减少0.42%。近几年我国平板玻璃行业碳排放量情况见表1。

表1 近几年我国平板玻璃行业碳排放量情况

3.1 绝对值增长，相对值减少

由表1看出，我国平板玻璃行业碳排放总量处于增长态势，而单位产品平均碳排放强度则处于下降态势。说明我国平板玻璃行业节能减排工作取得重大成效，但其成效尚未抵消产量带来的碳排放绝对值的增长。

就实现碳中和而言，业内应确立这样的信念：企业或整个行业需要关注的能源消耗量和二氧化碳排放量，不只是相对值，更要紧的是绝对值。绝对值才是企业或整个行业需要补偿抵消的额度。

3.2 尚未达到高峰

由表1看出，我国平板玻璃行业碳排放总量近几年处于低增长态势。国家统计局月度数据显示，2020年1—11月我国平板玻璃累计产量同比增长1.3%。假如按单位产品平均二氧化碳排放强度同比减少0.5%考虑，全行业二氧化碳排放总量将增加约0.8%。可以判断，目前我国平板玻璃行业碳排放接近但尚未达到高峰。

4 平板玻璃行业实现碳中和的主要途径

4.1 节能将是平板玻璃行业实现碳中和最重要、最经济的手段

我国平板玻璃行业碳排放类型构成如表2所示，其中外购电力与燃料消耗带来的CO2排放量占总排放量的73%。因此，能源消耗是平板玻璃行业碳排放的主要来源，节能依然是平板玻璃行业实现CO2减排的主要途径。

表2 我国平板玻璃行业碳排放类型构成

要充分认识到节能工作对实现碳中和目标的重要性，把节能作为“第一能源”纳入行业和企业日常管理。具体而言，平板玻璃行业应从原料改进、能量转换、提高热效率等方面全面部署节能减排（减碳）工作。

4.1.1 通过能量转换技术实现节能

（1）使用低碳燃料

2019年7月1日，国家生态环境部、发展改革委、工业和信息化部、财政部联合发布的《工业炉窑大气污染综合治理方案》（环大气[2019]56号）中明确要求：“对以煤、石油焦、渣油、重油等为燃料的工业炉窑，加快使用清洁低碳能源以及利用工厂余热、电厂热力等进行替代。”

平板玻璃行业常用燃料相关参数（GB/T 32151.7—2015）见表3。从表3的数据可以看出，目前在平板玻璃行业常用燃料中，天然气是相对的低碳燃料，其次是焦炉煤气。

表3 平板玻璃行业常用燃料相关参数（GB/T 32151.7—2015）

生产企业、行业主管部门、行业协会要达成共识，采取一定的行政手段，强制性淘汰使用高碳的劣质燃料，鼓励使用低碳清洁燃料。

（2）推广应用全氧或富氧燃烧技术

玻璃熔窑引入氧气燃烧系统可分为全氧燃烧和富氧燃烧两种。全氧燃烧是指用工业氧气代替空气来燃烧燃料，可以使燃料燃烧更加完全。富氧燃烧是通过提高助燃空气中的氧气比例强化燃烧，达到高效节能的目的。

采用全氧或富氧燃烧具有以下优点：提高能源利用率。采用富氧气体作为氧化剂，可以减小过量空气系数，即氧化剂的体积，从而减小排烟损失；另一方面，可以促进燃料的完全燃烧，减小飞灰含碳量，提高燃料的燃烧效率。易于二氧化碳的分离及处理。富氧燃烧使得烟气中的二氧化碳体积分数提高，从而给二氧化碳的分离创造了一定条件，可使二氧化碳处理更有效率。富氧燃烧产生的烟气主要由水和二氧化碳组成，采用水分离技术在后端能比较容易地捕集到二氧化碳。强化玻璃熔窑内部传热。随着氧浓度的提高，直接的影响就是造成玻璃熔窑内部温度场的提高，使燃烧变得较为稳定，因此可以强化和稳定玻璃熔窑内部换热。

（3）探索应用玻璃空中熔化技术

玻璃空中熔化技术是使用高达10 000 ℃的等离子燃烧火焰和全氧燃烧火焰的联合加热将吹入窑内的玻璃粒状配合料熔化成玻璃。此方法可将玻璃配合料在极短时间内加热到高温熔化，大幅度降低了玻璃熔化的能源消耗。

（4）探索应用玻璃熔窑全电熔或电助熔技术

电力是目前最清洁的能源之一，尤其是光电、风电、水电等绿色电力，不存在碳排放问题。所以生产企业、科研单位要加大大型玻璃熔窑电熔技术研发力度，尽快实现产业化。要研究平板玻璃生产的电助熔和化石燃料的最佳组合方案，使能源燃料的二氧化碳产生及排放达到最低。

4.1.2 通过提高燃烧效率实现节能

（1）玻璃熔窑内保温孵化及燃烧器改进

采用玻璃熔窑内保温孵化技术及燃烧器改进技术，有利于节约能源，尤其有利于减少氮氧化物的产生及排放。同时，因为减少燃烧空气量的使用，使烟气中二氧化碳的浓度提高，有利于二氧化碳的分离及处理，从而减少碳排放。

（2）低温熔化技术

降低玻璃熔化温度的途径一般有两种，一是在不失去实用性的前提下，采用低温熔化玻璃的化学组成；二是开发尽可能多的使用碎玻璃的办法。据某试验研究报告指出，使用碎玻璃20%以上的玻璃熔窑，每增加10%的碎玻璃用量，熔窑操作温度可以降低5 ℃，每使用l t碎玻璃可节省30～40 m3的天然气。

4.1.3 通过原料改进技术实现节能

在平板玻璃生产过程中，生产使用的原料中含有碳酸盐如石灰石、白云石、纯碱等碳酸盐在高温状态下热分解产生的CO2排放、及生产过程中碳粉中的碳被氧化成CO2排放量占总排放量的约27%。所以合理调整配合料配方，控制配合料的气体率，同时采取添加活性原料、合理增加碎玻璃的利用率等手段，可以有效减少原料在生产过程中的CO2排放量。

（1）合理调整配合料配方，控制配合料的气体率。比如合理减少玻璃组成中Na2O的含量，可直接达到降低CO2的排放量。据资料，在钠钙硅玻璃中，每减少玻璃化学组成中1%的Na2O，若按600 t/d熔窑计算，每年玻璃配合料中可减少纯碱用量约3 672 t，可直接减少CO2的排放量约为1 527 t。

（2）采用配合料块化、粒化和预热技术。配合料块化、粒化和预热技术， 可以大大降低熔化温度，减少燃料的用量，故燃烧生成的CO2也随着减少。资料表明，如以流化床预热或特殊预热器预热，则CO2的排放量可降低15%以上。

4.2 研发天然气掺氢清洁燃料在玻璃行业的应用

氢能是一种二次清洁能源，也是一种零碳能源，具有“清洁、高效、安全、可持续”等特点，被誉为未来世界能源架构的核心。2019年3月，世界能源理事会发布的《氢能—工业催化剂（加速世界经济在2030年以前实现低碳目标）》中把生产过程中有大量CO2排放的氢（由煤、焦、石油和天然气等炭素材料或碳氢化合物等经重整脱碳反应以及使用非绿色电力电解水而得的氢）称为“灰氢”，把通过CO2捕集、利用和封存技术处理后避免CO2排放的氢称为“蓝氢”，用绿色电力电解水制得的氢被称为“绿氢”，显然是“灰氢不可取，蓝氢可以用，废氢应回收，绿氢是方向”。

天然气掺氢清洁燃料（HCNG），是将氢气与天然气按一定比例混合而得到的代用气体燃料，是“浅氢燃料”的一种。该燃料充分利用了氢气和天然气两种燃料的优点，改变了天然气的燃烧特性，减少其燃烧量，将成为化石能源向氢能经济过渡、加速氢能产业发展的最可行方案。

近年来，日本、澳大利亚、德国、意大利等多个国家已经在试点通过天然气输配管网掺混氢气。2019年9月，我国国家电投集团公司在辽宁朝阳完成了国内首个天然气掺氢示范项目第一阶段工程，填补了国内在技术和标准方面的空白。

目前，天然气掺氢需进一步试点，尚不具备大规模推广的条件，但应看到氢能在天然气行业的应用将成为一种趋势。目前，中国标准化协会（标协2020[289]号）文件批复了《天然气掺氢混气站技术规程》的立项申请，由城镇基础设施分会暨北京城市管理科技协会组织实施编制工作。该标准的制定和实施将有利于我国天然气掺氢技术的发展和应用。

4.3 参与碳汇项目及再生能源项目

4.3.1 参与碳汇项目

碳汇，是指通过植树造林、森林管理、植被恢复等措施，利用植物光合作用吸收大气中的二氧化碳，并将其固定在植被和土壤中，从而减少温室气体在大气中浓度的过程、活动或机制。

玻璃企业应有计划的及早通过碳交易等形式积极参与碳汇项目，以实现企业碳中和。尽管从企业经济运行来看，会较大程度的增加成本，但从企业未来生存来看，这是唯一的出路。

4.3.2 参与再生能源项目

众所周知，玻璃是光伏发电和光热发电再生能源项目的基础材料，所以光伏玻璃和光热玻璃生产经营企业，应将其产品作为投资参与光伏发电和光热发电再生能源项目，并尽可能地使用光伏发电和光热发电再生能源，以抵消平衡经营运行中的碳排放，达到碳中和的目的。

5 结语

趋于形势所迫，平板玻璃行业及业内每个企业必须制定成为碳中和企业的路线图，必须采取多种措施减少碳排放，目标是实现碳中和。虽然在技术和财力等方面面临“巨大挑战”，但对于整个行业及每个企业可持续发展而言，这是必须达到的目标，更是未来玻璃行业及企业在环境发展中的必备条件。