低碳环保是化肥行业发展趋势

目前,“低碳”一词已经成为了街头巷尾议论的焦点,在全国上下是掀起了一股低碳风暴。那么,作为与农业生产息息相关的农药、肥料等农资产品,又是怎样与低碳相结合的呢?中港泰富高科技有限公司王剑长期从事农资行业,对低碳有着自己独到的见解。
记者:现在“低碳”几乎成为了大家街头巷尾议论的焦点,您是怎么理解的?
王剑:当前,为摆脱全球性金融危机的影响,各国普遍希望通过低碳经济相关产业的发展来增加就业和复苏经济,因此使世界经济有可能呈现出愈益明显的“低碳化”趋势。欧盟、美国等发达国家产业结构正在加速向“低碳化”方向调整;“低能耗、低排放”的新型动力车,核能、风能、太阳能、可再生生物能、清洁煤等替代能源,碳捕获与埋存技术,都成为重点研发的产业领域。发达国家极力推出低碳技术和产品标准,争夺全球低碳经济领域的话语权和规则制定权,抢占未来经济战略制高点,期望借此实现在低碳经济时代对国际政治经济秩序的主导权。我们农药、化肥等农资产品的生产也要讲“低碳”,使用环保肥料,也是响应国家提出带的经济转型战略思想
记者:作为从事农资领域的资深人士,您认为应该如何把“低碳”和产业结合?
王剑:2000年发布的《中华人民共和国气候变化初始国家信息通报》报道,农业温室气体排放总量为6.21亿吨二氧化碳当量,占全国排放总量的17%,其中农业排放的甲烷和二氧化氮就分别占全国总量的50%和92%。
过剩的化肥生产与施用是我国农业丧失碳汇作用而成为碳源的主要原因。正常情况下,碳通过光合作用被作物吸收,再埋到地下。农业不光不排放碳,而且还固定碳。然而,这样的碳汇作用在过量使用化肥后被破坏了,使得整个农业排放性质改变,由碳汇变为碳源。过量施用化肥所产生的氮氧化物每公斤对增温的影响大约是二氧化碳的298倍,化肥过量生产中使用的煤炭等化石燃料所产生的大量排放也往往被人们所忽视。
2007年,我国氮肥产量达到4200万吨纯氮。据中国农业大学有关人员的研究,每年我国氮肥生产耗能达到1亿吨标准煤,在能源开采和氮肥加工过程中排放的温室气体相当于3亿吨二氧化碳当量;再加上施用氮肥的排放量,氮肥共排放了约5亿吨二氧化碳当量,扣除氮肥施用作物增产所固定的0.7亿吨二氧化碳,温室气体净排放量达4.3亿吨二氧化碳,约占全国排放总量的8%,数量相当巨大。
因此,化肥行业需要在调整研发方向,加快技术创新,改善产品结构上下大力气。
记者:在实际生产过程中,您认为哪些方面容易重点突破?
王剑:只要我们扎实做好基础性研究,有许多技术可以实现突破。例如,随着低碳时代来临,加快磷肥产业技术进步已迫在眉睫。我国应充分利用中低品位磷矿,开发节能、高效、低碳的新型磷肥,其中无酸磷肥将成为磷肥发展的重要方向之一。我国磷矿资源的80%以上用于磷肥生产,如何高效利用总量占绝大多数的中低品位磷矿资源,关系到我国磷资源战略全局和农业可持续发展。统磷肥生产可分为两类技术体系,一个是以酸分解技术生产水溶性磷肥,包括过磷酸钙、重过磷酸钙、硝酸磷肥、磷酸铵等,其产量占磷肥总产量的90%以上;另一个是以热分解技术生产枸溶性磷肥,如钙镁磷肥、钢渣磷肥、脱氟磷肥等。前者施入土壤后很快溶解,随着雨水进入水体,成为水体富营养化的主要原因之一。钙镁磷肥等由于水溶性差,肥效慢,并且易与土壤中的铝、铁、锰离子结合生成不溶性沉淀物,导致磷肥利用率进一步降低。目前这两种生产技术不仅耗酸高、耗能高,而且对磷矿品位和杂质的要求较高,生产中还会产生气、固、液污染。在能源供应紧张、环境问题日益受关注的形势下,开发有效提高磷肥利用率、降低水溶性磷流失风险、防止污染的新型产品,已成为磷肥产业技术革命的重要战略目标。

“正常情况下,碳通过光合作用被作物吸收,再埋到地下。农业不光不排放碳,而且还固定碳。然而,这样的碳汇作用在过量使用化肥后被破坏了,使得整个农业排放性质改变,由碳汇变为碳源。这不仅在于,过量施用化肥所产生的氮氧化物每公斤对增温的影响大约是二氧化碳的298倍,还在于化肥过量生产中使用的煤炭等化石燃料所产生的大量排放也往往被人们所忽视。”
日前,中国农业大学资源与环境学院院长张福锁教授和张卫峰博士在接受《科学时报》记者采访时作上述表示。
该研究团队同时发现,化肥的能源消耗已占到整个农业能源投入的百分之六七十。
化肥产业的温室气体排放量巨大
哥本哈根峰会前夕,我国政府庄严宣布,到2020年单位GDP碳排放降低40%~45%。如何实现减排与经济发展的同步是当前需要重点解决的难题。
该研究团队认为,如果科学管理,农业不仅可以少排放或者不排放,而且还可以吸收固定大气中的二氧化碳。与只能依靠减少排放的其他工业领域相比,农业在低碳经济发展中具有特殊的重要地位。
2000年发布的《中华人民共和国气候变化初始国家信息通报》报道,农业温室气体排放总量为6.21亿吨二氧化碳当量,占全国排放总量的17%,其中农业排放的甲烷和二氧化氮就分别占全国总量的50%和92%。而在张福锁、张卫峰看来,过剩的化肥生产与施用是我国农业丧失碳汇作用而成为碳源的主要原因。
2007年,我国氮肥产量达到4200万吨纯氮。据中国农业大学有关人员的研究,每年我国氮肥生产耗能达到1亿吨标准煤,在能源开采和氮肥加工过程中排放的温室气体相当于3亿吨二氧化碳当量;再加上施用氮肥的排放量,氮肥共排放了约5亿吨二氧化碳当量,扣除氮肥施用作物增产所固定的0.7亿吨二氧化碳,温室气体净排放量达4.3亿吨二氧化碳,约占全国排放总量的8%,数量相当巨大。
革新化肥产业 可为减排作出重要贡献
张福锁、张卫峰认为,从化肥产业结构调整、产品优化和科学施肥技术应用等几方面入手,我国农业的温室气体减排潜力巨大。
首先,应减少过剩产能。我国氮肥产能已经达到4800万吨,而且还在快速增长。2007年产量达到4217万吨,占全球的35%,2008年达到4331万吨,增幅达到2.7%,远远超出我国农业需求,即使考虑工业需求也过剩约700万吨纯氮,每年要出口200万吨纯氮。如果减少过剩产量,可以减排4700万吨二氧化碳。我国中小型氮肥企业产量占全国总产量60%左右,每吨氨平均耗能2吨标准煤,最高能达到3.8吨,大约是大型先进企业的两倍,如果全部企业能耗达到大型企业的标准,则全国可以减排大约8200万吨二氧化碳。既可实现国家节能规划要求的化肥工业节能17%的目标,也可以减少排放约4600万吨二氧化碳。
其次,应优化产品结构。我国化肥产品与农业需求长期脱节,养分浪费和损失极其严重,既增加了农民负担,又增加了温室气体的排放。近年来,我国大力发展复合肥,产量已达到5000多万吨,登记配方多达3.2万个;而大多数复合肥属于二次加工,额外耗能排放约550万吨二氧化碳。但现有复合肥品种常常导致农户多用化肥,消费过多的养分。
中国农业大学2009年开展的1152户调查结果表明,“一炮轰”高氮复合肥用量已经超过1000万吨,其氮素投入比普通化肥高18%,比推荐用量高25%,不仅没有给农民带来显着的增产效果,还带来烧苗、后期脱肥等大量生产问题。如果能优化全国复混肥配方,使之适合农业需求,就可以节约大约200万吨氮,减少温室气体排放2200万吨。
第三,应科学施肥。全国测土配方施肥3000多个田间试验和示范结果表明,该技术推广应用可减少不合理用氮10%,尤其是在经济发达地区。
中国农业大学与合作单位共同在全国进行的1517个田间试验结果表明,养分管理技术在太湖流域和华北平原可以减少氮肥用量30%~50%,粮食产量增加8%。由此可见,科学施肥至少有10%~30%的减排潜力,减排量可达大约1400万~5500万吨二氧化碳。
因此,张福锁、张卫峰认为,通过采取减少过剩化肥产量、节能降耗、优化产品结构、科学施肥等措施,剔除重复计算,保守估计,到2020年革新化肥产业可以减排1.4亿吨二氧化碳,约占2007年中国政府发布的《可再生能源中长期发展规划》中提出的全国能源领域减排目标12亿吨的12%。
化肥产业革新方向
化肥产业是高耗能高排放产业。张福锁、张卫峰认为,我国化肥产业必须也只能以满足我国农业需求为唯一目标。为此,他们提出以下建议。
其一,控制产能、限制出口。我国化肥产能快速增长以及大量高能耗企业的存在,主要是源于国家优惠政策的支持。据估计,化肥生产用电、用气优惠,增值税减免等措施每年补贴高达500亿元以上,能耗越大的企业获得的补贴越多。建议尽快减少化肥生产能源优惠政策,通过重组整合,淘汰高耗能企业;鼓励企业延长产业链,通过副产品吸收多余的碳,最终减少碳排放;同时限制化肥出口,我国不能把温室气体排放在国内,把农业固碳减排送给别人。
其二,根据农业需求,彻底改造化肥产品。我国现有化肥产品注重企业经济效益,却忽视了与作物和土壤等农业需求相匹配,导致化肥越用越多,作物产量、农户收益不但不增加反而造成生产成本增加、环境压力加大。建议化肥产业贴近农业需求,彻底改变化肥产品追求“十全大补丸”和经济效益最大化的做法,依据全国测土配方施肥结果,生产适合不同作物和不同土壤的高效化肥。
其三,继续大力推广测土配方施肥等科学施肥技术。测土配方施肥技术推广5年来成效显着,在节肥增效的同时,使科学施肥理念深入人心。建议继续推广测土配方施肥技术,建立长效机制。鼓励企业积极参与,引导企业优化产业和产品结构,推动技术升级,持续使节肥增效、节能减排理念深入人心,并成为“两型社会”发展的支撑力量。

9月15日-16日,由国家钙镁磷复合肥技术研究推广中心、全国钙镁磷肥技术进步联合体、《磷肥与复肥》编辑部主办,由《销售与市场》杂志社联办的中国肥业“新时代·新思路·新方法·新工艺”恳谈会在北京召开。会议提出,我国肥料产业应从化学肥料“一枝独秀”走向有机肥料、化学肥料、生物菌剂、钙镁磷肥共同发展的“四喜临门”局面,应重视发展中低浓度磷肥以及有机碳肥等高效植物有机营养新肥种,走出化学农业的固有模式。
郑州大学教授许秀成分析认为,不计秸秆还田、农民自积堆肥,我国“肥料产业”2012年生产了各类肥料实物总量18276.5万吨,其中化学肥料占91%。但是这种情况已经不适应我国目前构建持续性高产、高品质现代农业的需要,未来我国肥业的发展必须做出改变和调整。
众所周知,我国化肥当季利用率偏低,在实现粮食增产的同时,环境压力逐年加大。2013年我国粮食总产量可能达到6亿吨,有可能实现粮食生产“十连增”。然而提高粮食单产,将施用更多的肥料,肥料利用率还将进一步降低。因此,在有限的耕地连年增加粮食产量将要付出很大的成本代价。为解决我国化肥使用中存在的问题,许秀成提出新思路:一是减少粮食需求,减轻需肥压力。提倡引导粮食的健康消费,使粮食需求量保持在合理的水平,可能是更好的选择。二是创立植物营养“有机—无机理念”,拓展“植物矿物质营养学说”。由于有机肥料与无机肥料的失衡,“供碳不足”的现象普遍存在,因此,应逐步建立与矿质营养理论相辅相成的有机营养理念,并基于植物有机碳营养理念,催生新的有机碳营养肥料产业。三是高浓度复合肥统治了我国90%的农资市场,其副作用日益显现,因此倡导中浓度、多营养、功能性复肥取代高浓度、高氮复合肥料。四是为延缓我国磷资源过快衰竭,改性过磷酸钙、改性钙镁磷肥产品,更多直接利用中低品位磷矿生产磷肥。
会议对钙镁磷肥的特点与发展也进行了介绍。据了解,钙镁磷肥独特的、不可取代的功能是它在植物根区被根毛分泌的有机酸溶解过程中,会产生氧气及活性氧原子。钙镁磷肥在根区溶解既产生水溶性磷,还产生枸溶性磷及有效硅酸,更可贵的是增加根区土壤气相中的氧含量及具有杀虫、杀菌的活性氧原子、氟原子,所以施用钙镁磷肥有利于块茎作物的生长。无论是粉状、砂状、粒状钙镁磷肥还是以钙镁磷肥提供磷源的复合肥料、包裹型肥料,在红薯、土豆、魔芋等种植中都达到了既增产又减少地下害虫侵扰的作用。
另据了解,我国大力发展高浓度磷肥的重要原因之一是为了运输的方便。由于低浓度的普钙、钙镁磷肥等产品不便运输,因此其发展受到了抑制。与会专家建议,将需利用高品位磷矿生产的高浓度磷复肥产量占磷肥总产量,由目前的85%逐步降至50%;将可利用中品位磷矿的酸性低浓度磷肥占磷肥总产量,由目前的13%逐步提高至30%;使可直接利用低品位磷矿的热法磷肥,由目前占磷肥总产量的2%逐步提高至20%,这样就可能使我国磷资源开采寿命延长至500年—600年。
与会代表还分析认为,我国“化学农业”已经走了30多年,农业生产取得了巨大成就,但同时也付出了巨大代价:耕地贫瘠化日趋严重,农产品品质下降、环境问题日益凸显。为此,与会专家提出要发展有机碳肥,走出化学农业。中国农科院农业资源与农业区划所研究员赵秉强说,碳是植物营养元素中含量最高的元素,对作物的产量构成和质量有重大影响,但碳一直未被重视。
赵秉强提出植物碳短板、碳饥饿问题,认为开展有机碳肥开发将有利于植物营养理论的发展和肥料科技创新。华南农业大学资环学院教授廖宗文认为,碳短板是制约作物高产优质的瓶颈,并提出平衡施肥配方设计中除了关注N、P、K外,还要重视碳的平衡。专家认为,有机碳肥是与氮肥、磷肥、钾肥并立的高效植物有机营养新肥种。

根据编制的北京市温室气体排放清单,本研究采用IPCC
国家温室气体核算方法,分析北京市2000-2011年温室气体排放结构与变化量。温室气体的排放核算主要包括能源活动、工业活动、农业活动、废弃物处理以及林业、湿地过程温室气体排放的估算,具体核算方法如下:能源燃烧的温室气体排放核算主要根据《2006
IPCC国家温室气体清单指南》(下文称《06指南》)中推荐的缺省方法一。其中化石燃料燃烧产生的温室气体包括燃烧过程排放的
CO2和火力发电过程排放的 N2O,此外,还对生燃烧 CH4排放和燃料溢散过程
CH4排放进行了估算。工业过程中非化石燃料燃烧引起的排放,主要来自水泥、钢铁生产过程的化学反应。水泥的生产过程碳排放量是最大的,因此,本研究中主要考虑水泥生产过程碳酸钙的分解产生的温室气体,温室气体种类此处主要考虑CO2的排放。根据中国气候变化国别研究组提供的方法进行计算。农业活动中温室气体来源主要包括反刍动物消化道和动物粪便管理过程的CH4排放,以及农田及动物粪便施用过程中
N2O 的排放。本研究中主要考虑反刍动物消化道、水稻田的
CH4排放,采用的方法包括《06指南》推荐的方法一。固体废弃物处置过程中
CH4的排放主要考虑四个方面:城市生活固体废弃物处置、工业固体废弃物处理、城市生活污水和工业生产废水。其中生活污水和工业废水的核算方法主要根据《06
指南》推荐的方法一;由于国内主要以填埋作为废弃物处理方式,城市生活和工业固体废弃物
CH4排放的估算主要计算的是废弃物填埋过程的温室气体 CH4的排放。

4 结论与建议

2.减少工业过程温室气体排放,尤其是控制六大高耗能产业的排放,限期淘汰落后产能和高能耗生产设备,提高行业准入门槛;
加强高新技术产业园区建设,大力发展信息、生物材料、新能源等高新技术产业,逐步替代传统重化工业,从而减少第二产业尤其是工业生产的温室气体排放量;
推进重点企业的燃煤锅炉改造以及重点节能工程的节能降耗工作,降低单位产品的能耗。

(作者单位:中国石油大学工商管理学院)

能源过程包含一次能源的消费以及生产过程中燃料的逸散过程中带来的的排放。工业生产过程选择计算水泥生产以及钢铁生产过程中的所产生的二氧化碳排放。农业则侧重于畜牧业当中,动物反刍以及肠道发酵过程还有的动物粪便中甲烷排放。废弃物处理过程分为废水处理以及固体废弃物处理,固体废弃物处理细分生活固体废弃物和工业固体废弃物。碳汇核算时利用《2006年国家温室气体清单指南》当中提供的分类方法分类并计算。

1.改善能源结构,大力发展清洁能源,尤其是天然气、核电、水电、风电和太阳能,逐步扩大清洁能源在能源消费中的比例,从而减少一次能源尤其是煤炭燃烧产生的温室气体排放量。

此外,北京地区并没有进行水稻的种植活动,而北京地区主要的农作物生产比如小麦、玉米、大豆的种植并没有二氧化碳排放的产生,农作物部分的温室气体排放可以忽略不计。北京市湿地的温室气体的排放则较为平稳,目前北京的湿地总面积为3.436万公顷,占北京辖区面积的1.93%,其中大部分为人工湿地,占湿地总面积的85.5%。每年排放出甲烷气体的二氧化碳当量为11.3*104吨。

我们利用《06指南》里的方法对北京一次能源消费过程中产生CO2的量进行了核算,得出结论,目前煤炭消费产生的CO2的量居于第一位,占到一次能源消费总量的53.45%,其次是石油和天然气,分别占了总一次能源消费总量的32.82%、13.73%。一次能源消费产生的排放量在北京市二氧化碳排放总量中占到44.37%,排第一位。这反映了目前煤炭消费所带来的CO2排放量占了北京地区的温室气体CO2排放当量的绝大部分。正反映了我国目前以煤炭消费为主的一次能源消费结构,以及煤炭在作为我国能源的基石的同时,也带来了大量的温室气体排放。

根据如上所述方法,计算得到北京市
1997-2008年温室气体排放量,北京市的碳排放量一直呈现出上升的趋势,由2000年的9.543*107上升到2011年的13.514*107。增长速度自2004年之后有所放缓,这正与北京市2004年开始放缓工业发展进程、工厂外迁,并且大力发展第三产业有关。另外,在2000-2011年间,北京市煤炭消费的碳排放呈先增后减的趋势,石油消费的碳排放在2006年出现一次剧增,这与2006年汽车市场转暖、销量上升有一定关系。天然气的产量则一直保持平稳增长的态势。废弃物碳排放量在2005年出现小幅上升的波动,在其他年份则保持持平。农牧业过程温室气体排放量略微下降。碳汇吸收CO2能力比较稳定,未出现较大波动。

碳源( Carbon Source)
指造成温室气体排放的任何过程或活动,其数量用二氧化碳当量 CO2e
表示。本研究中,城市区域核算时,主要考虑化石燃料燃烧和逸散过程、工业过程
、农牧业过程以及废弃物处置四大过程产生的 CO2、CH4、N2O 这 3
种温室气体。并且按照中国气象局提供的CH4以及N2O当量换算方法将这两种气体换算为CO2气体进行计算。

本文从定量的角度入手,制定城市温室气体排放清单,掌握了温室气体排放结构,并采用温室气体排放清单方法核算北京城市区域层面温室气体排放现状,确定北京市碳排放水平。

根据北京市2000-2011年温室气体排放的变化情况,可以明确北京市未来发展低碳经济的工作重点,做到减少碳源排放和增加碳汇面积并重。“十二五”期间政策建议主要有:

1 碳源分析

在2011年,一次能源消费和发电过程的碳排放量占到总量的85.489%,可以说是最主要的两大碳源。在工业过程中,2011年的水泥生产过程碳排放量占到工业过程总量的95%以上,而钢铁生产过程仅占到5%左右,可以说是微乎其微的。

自2009年以来,北京市节能降耗工作取得了一定实效,能源消费弹性系数和能源强度不断下降,导致碳排放强度不断降低。因此,在北京市未来发展低碳经济的过程中应继续围绕国家2020年单位GDP的碳排放比2005年减少40%-50%的目标,设定相应的碳强度减排目标。

太阳2,北京作为首都,也是我国城市环境规划的重点区域,其城市环境在我国环境改革中具有十分重要的战略地位。所以,核算北京的碳排放清单、探索北京这一城市的低碳发展模式对于全国都有着十分重要的示范意义。

在本文中,温室气体排放的核算不仅仅限于CO2核算,还包括N2O和CH4的排放;
除了主要能源活动和工业过程以外,还核算了废弃物处置过程、农业过程、畜牧业过程、湿地过程的温室气体排放,在核算气体的种类以及来源角度都进行了一定程度扩充,对于北京市节能减排政策的制定以及环境问题解决的研究都具有一定的意义。

自2008年开始,北京天然气的消费量快速上升,目前已经是北京市能源消费结构中不可或缺的一部分,与此同时,目前北京市排放温室气体的CO2当量占总体的排放量的11.28%。

2 核算方法

3 温室气体排放现状分析

工业过程当中分为两部分,即水泥生产和钢铁生产。截至2011年底,北京市统计规模以上的水泥企业24家,水泥年产量911.5万吨。而水泥生产带来的温室气体的排放量随着水泥产量的走势呈现先增后减的趋势。2000-2006年期间,北京市水泥生产的CO2排放量呈上升趋势,自2006年往后则一路下降。钢铁工业的CO2排放量自2000年来先增后减,2007年达最高值15.14*104吨之后,随着奥运会的临近,北京市区内大量的大型钢铁企业迁出,从而使得钢铁的温室气体排放量下降。但总的来说,钢铁企业的排放量在温室气体排放总量中所占的比重并不大。

3.依托北京原有林业资源优势,通过造林和再造林,加强森林管理等措施增强森林碳汇。

当前,我国正处于快速的城市化、工业化进程中,经济高速增长与环境约束之间的矛盾也愈发尖锐,加上温室气体减排指标带来的外部压力,使得中国必须转变经济增长方式,走低碳经济的发展道路。城市是低碳发展的主要执行单元,积极推进低碳城市建设,不仅符合全球“低碳化”的发展趋势,也是落实国家提出的温室气体减排目标的必然要求。早在2008
年初,建设部就与 WWF
联合推出“低碳城市”模式,并在上海和保定两市进行相关试点。后来,北京、河北、上海、江苏、浙江、广东、山东、四川等省市也纷纷推出低碳城市建设规划。

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