低碳经济及其对新材料研究开发的挑战

中国材料进展第29卷基金项目:北京市自然科学基金重点项目(2081001)资助低碳经济及其对新材料研究开发的挑战王天民,王　莹 王天民　博士,北京航空航天大学教授,校学术委员会副主任,中国材料研究学会常务理事,

生态环境材料分会副理事长,中国金属学会材料科学分会副理事长。现任固体辐照效应计算机模拟国际会议国际顾问委员会委员。曾任兰州大学材料科学系主任、北京航空航天大学理学院院长、生态环境材料国际会议与生态平衡国际会议国际顾问委员会委员。长期从事材料的微观结构、缺陷与性能、新型功能薄膜、光催化材料等领域的研究工作。自1990年率先在国内积极倡导并开展了生态环境材料、材料的环境负荷评价及生态设计等方面的研究。发表学术论文400余篇,出版编著与译著6部。获省部级科技进步二、三等奖各3项,中科院自然科学二等奖1项,2006年获“Ecobalance国际会议”突出贡献奖。

　低碳经济及其产生背景2009年12月7日,《联合国气候变化框架公约》第15次缔约方会议暨《京都议定书》第5次缔约方会议在丹麦首都哥本哈根召开。在达成不具法律约束力的《哥本哈根协议》后于12月19日闭幕。该协议维护了《联合国气候变化框架公约》及其《京都议定书》确立的“共同但有区别的责任”原则,就发达国家实行强制减排和发展中国家采取自主减缓行动作出了安排[1]。会议广泛深入地研讨了温室气体排放与全球气候变暖的严峻局面和危机,同时也向世人展示了低碳经济给能源安全、经济收益、地方环境和气候变化等领域带来的好处,对鼓励和促进世界各国减少二氧化碳的排放大有裨益。十多年以来,联合国有关气候变化的大会已召开过多次,一直深受世人关注。这是因为在可预见的将来,温室气体水平继续增高将会导致全球气候进一步变暖,给人类生活与生存带来很多的负面影响。据科学预测,与工业化前相比,如果地球平均气温增加量超过“2℃”,地球上将会发生人类难以承受的气候变动,

从而使社会和生态系统遭到毁灭性的破坏。因此,作为全球长期的气候目标,《哥本哈根协议》进一步确认了把全球气温的升幅控制在2℃以内的气候目标[2]。自从工业革命以来,随着全球工业化进程的推进,人类活动排放的各种温室气体的浓度不断增加。例如,二氧化碳浓度现已达到010368%,是地球42万年历史以来的最大值[3]。据预测,目前全球

的温室气体排放约为470亿吨的二氧化碳当量,如果不采取任何行动,到2020年这个数字将达550亿吨以上。为保证全球气温的上升

能有50%的概率不超过2℃,2020年全球的碳排放当量不能超过440亿吨;而即使按照世界各国过去几个月的减排计划推算,2020年的碳排放约为460亿吨。因此,这次大会能为拯救这颗星球做些什么,无疑是21世纪第一个十年即将过去时的全球视线中心[4]。面对二氧化碳不断在大气层中聚集的现实,面对各种温室气体愈排愈多,与全球气候变暖不断加剧的现状,国际社会给予了越来越多的关注。人类开始反省自己,检讨自己的所作所为。作为对策就是倡导节能减排,调节能源结构,开发清洁能源和可再生能源,进而对整个国民经济体系进行革新等。这是人类和社会经济持续发展的必然选择和重要举措。正是由于这个背景,近年来发展低碳经济逐渐成为各国政府、非政府组织、学者、媒体和民众关注和重视的课题,认为推行低碳经济是避免气候发生灾难性变化、保持人类可持续发展的有效方法之一。随之在社会经济领域,各种冠以“低碳”前缀的新名词和新术语不断涌现,诸如:低碳经济、低碳发展、低碳技术、低碳工业、低碳农业、低碳产业、低碳旅游、低碳能源、低碳食品、低碳生活、低碳消费、低碳市场、低碳社会等等。此外,各种冠以“碳”的新名词和新概念也应运而生,比如:碳足迹、碳形象、碳责任、碳主张、碳困境、碳对策、碳交易、碳金融、碳税(碳关税)等。与此同时,各国都争先恐后地提出和制定了各种相应的政策、法案法规和行动计划,虽然这些都是从遏制全球气候变暖和拯救地球文明为出发点,但仔细研究后就会发现,低碳经济里包涵着巨大的商机,与国家的生存和持续发展密切相关。因此,推行低碳经济具有十分重要的现实意义和战略意义。低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式,是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步[5]。低碳经济的内涵很广,涉及到社会政治、经济层面的各个领域。低碳经济包括三个方面,一个是提高能源效率,一个是采用低碳能源或者是零碳能源,还有一个是去碳技术,这样能够保证二氧化碳排放量少。它的实质是能源高效利用、清洁能源开发、追求绿色GDP的问题,是遏制地球生态环境恶化和全球气候变暖趋势,建造人类和自然和谐共存的发展模式。其核心是能源技术和减排技术创新、能源结构与产业结构创新以及人类生存发展观念的根本性转变,是落实科学发展观实现社会经济可持续发展的重大举措,并由此可以导致经济及其管理体制上的重大革新和社会进步。

　各国有关低碳经济的战略部署和计划解决气候变暖的核心是如何控制温室气体排放。实质是如何尽快地发展低碳经济。为此工业发达国家已经和正在通过各种立法以促进其低碳经济的发展,并通过包括碳关税等各种手段来给发展中国家特别是中国施加压力。因此,在当今全球形势下,我们一方面要充分认识到发展低碳经济对人类生存的长远意义,但更重要的方面是应该清醒地认识到工业发达国家的政治经济战略。与此同时,我们必须十分重视发展低碳经济。

06　第1期中国材料进展低碳经济的概念最初由英国在2003年的能源白皮书《我们能源的未来———创建低碳经济》中提出的[6]。作为第一次工业革命的先驱和资源受限的岛国,英国充分认识到了气候变化和能源安全给人类带来的威胁。白皮书中指出:英国的能源结构从自给自足渐变到了主要依靠进口的模式,之前的能源政策没有在环境方面给予足够的重视,需要新的能源政策来保证能源与环境管理和经济发展更加协调;提出以当前排放为基准,到2050年减少碳排放60%的目标;计划要增加可再生能源在总发电量中的份额,到2020年可再生能源份额比2010年的份额(10%)翻一番。接着英国政府在2009年3月伦敦举行的低碳工业峰会上又提出关于促进低碳工业发展的4个主要措施:提高能源效率;改善能源基础结构(可再生能源,核能,碳捕获和存储(CCS)及智能电网系统);生产低碳汽车;促进英国低碳经济的商业行为。英国提出的碳减排目标和概念得到了世界上其他国家和地区的积极响应。美国,日本,加拿大,欧共体等国家和地区也先后制定了相应的政策法规来减少二氧化碳的排放。2007年11月,美国进步中心公布了题为《抓住能源机遇:创建低碳经济》[7]的报告。报告中:指出美国已在与环境和能源相关的关键绿色技术方面丧失了优势;提出创建低碳经济的10步计划,其中主要包括培养建立碳交易市场环境,促进低碳经济政策出台,鼓励对能源技术的投资等。奥巴马政府通过了《2009美国复兴和再投资法案》,以此来刺激经济的复苏,该法案把开发和利用新能源作为国家发展的重点之一。而美国《清洁能源和安全法案》则是一个应对气候变化的一揽子计划,包括了改变美国对能源的依赖性,提高能源效率,加强对新能源开发以及碳限额排放贸易机制的经费投入等重要措施。2008年6月,日本首相福田康夫提出了日本新的防止全球变暖对策———“福田蓝图”[8],把到2050年使日本的温室气体排放量比目前减少60%至80%,作为日本减排的长期目标。“福田蓝图”还提出了未来太阳能的发展目标,到2020年日本太阳能发电量要达到目前的10倍,到2030年要提高到目前的40倍。新出台的行动计划草案明确表示,从2009年起将对碳捕捉及封存技术进行大规模的验证实验,并力争在2020年前将这些技术实用化。前不久,日本新首相鸠山由纪夫提出了新的中期减排目标———到2020年日本的温室气体排放量要比1990年的减少25%。这相当于麻生政权所定8%目标的3倍。自2003年以来,我国制定了一系列社会经济发展的战略方针,明确提出要实施科学发展观,发展循环经济,促进人与自然的和谐发展。胡锦涛主席于2007年9月8日在亚太经合组织(APEC)第15次领导人会议上,郑重提出了4项建议,明确主张“发展低碳经济”。2009年8月国务院常务会议审议并原则通过《规划环境影响评价条例(草案)》。一个时期以来,我国坚定不移地走可持续发展道路,认真贯彻实施环境保护法等法律法规,成立了国家应对气候变化领导机构,制定了《中国应对气候变化国家方案》,不断增加对气候变化科技研发投入,落实调整经济和产业结构、优化能源结构、节能减排和提高能效等政策和措施,尽力减少温室气体排放,取得了积极成效。随之全国人大常委会表决通过了“关于积极应对气候变化的决议”。在哥本哈根“联合国气候变化会议”上温家宝总理再次强调了我国节能减排的目标,即到2020年,我国生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。大力发展生物质能、太阳能、地热、风能等新型可再生能源,节能减排,提高能源利用效率,是我国发展低碳经济与控制碳排放量的基本国策。综上,包括中国在内的世界各国,在发展低碳经济方面主要可归纳为以下4点:①把发展低碳经济提高到国家战略高度;

②逐步改变能源结构,减小对不可再生能源的依赖度;③提供研究基金加强研究部署,进行能源材料和技术的研究开发;④进行环境意识教育,培育和促进低碳消费和低碳市场的成长。

　低碳经济与循环经济的关系对于环境恶化、资源匮乏的关注,使得一些学者和产业界开始思考改变资源流通模式,即如何从传统的资源—消费—垃圾场的线性流通模式,向资源—消费—再生利用的闭合循环流通模式转变。也就是说,在当前,资源库实际已经由传统意义上的一个资源库变成了两个资源库,即“天然资源库”和由各种废弃物构成的“再生资源库”。而且前者在不断地减少或贫化,后者正在迅速增加。当今人类社会所面临的挑战,就是如何将天然资源库与再生资源库通过产业有机地组合起来,形成和建立作为循环经济物质基础的新型循环产业。因此,循环经济是通过机制革新建立起来的以众多循环型产业(企业)为核心,并与社会有机结合起来的庞大的社会经济体系,是

一个精密的社会系统工程[9]。循环经济主要是出于提高资源与环境效率,以达到缓解资源短缺、实现保护环境的目的,是实现资源或者物质可持续利用的全新的经济模式和发展战略[10-11]。德国是世界上最早实施循环经济的国家之一,其循环经济法制建设也走在前列。自1986年始,相继颁布了《废弃物管理法》、《包装条例》、《限制废车条例》等,并于1994年9月,率先公布了《循环经济和废物处置法》[12],具体规定了建立循环经济的3R

原则(Reduce,Reuse,Recycle),即减量化、再利用和再生循环,

把资源闭路循环的循环经济思想从商品包装扩展到社会相关领域。此后又制定了《垃圾法》、《持续推动生态税改革法》、《再生能源法》等等。相关法律法规由个别领域逐渐向社会各行各业推展,并且从生产领域扩展到了消费领域,现已形成条款日益严密、结构不断完善的循环经济法律体系。日本自1991年始,先后制定了《再生资源利用法》、《环境基本法》,并于1994年制定了环境基本计划,首次提出“实现以循环为基调的经济社会体制”,包含了循环经济的内容。1998年日本制定“新千年计划”,把循环经济作为构建21世纪日本社会发展目标。2000年日本国会通过了《建立循环型社会基本法》[13],