双碳案例 碳中和在林业中的未来发展：以芬兰和瑞典为例

  林业是CO2的重要排放源，因此它需要向可持续的经营方式转型，为应对气候变化做出贡献。本文着眼于芬兰和瑞典林业在实现深度脱碳方面的进展、取得的成就以及目前存在的挑战。目前，芬兰和瑞典制定了雄心勃勃的国家目标以实现温室气体净负排放。如果这些国家的林业可以在一定程度上完成脱碳，那么将对北欧国家的碳中和发展具有巨大推动作用。基于规模、运输、现场能源生产、化石燃料使用（石灰窑和烘干机），以及购买的电力等因素的考量，本文研究了芬兰和瑞典林业中最大的CO2排放部门，并对其关键的化石CO2排放源的脱碳措施进行了探讨，并指出其中存在的问题。燃料从化石能源转向生物基替代品是两国森林部门脱碳的主要方式，同时也是实现电气化的主要工具，此外运输电气化也是减排的重要手段。通过投资具有碳捕获和储存(BECCS)的生物能源，林业具有很高且可持续的碳负排放潜力，但如果不调整相关的政策和适当的激发鼓励措施，那么实现净零排放可能是不现实的。

  欧盟(EU)的目标是在2050年实现碳中和，并将经济稳步的增长与资源利用脱钩（欧盟委员会，2020）。目前，欧盟成员国正在修订和实施减少温室气体(GHG)排放的战略，以履行其在欧盟目标和《巴黎协定》下达成的承诺。北欧国家，即丹麦、挪威、瑞典、芬兰和冰岛，通过发展先进的跨境电力市场和促进可再次生产的能源的利用，采取联合行动向低碳经济转型（Bird，2017）。

  也基于此，过去几十年在北欧地区实施的气候和能源政策已经取得了令人瞩目的成果（Kofoed-Wiuff，2020；Wråke，2021）。2019年，北欧约90%的电力实现了无碳化，超过全球40%的能源供应由可再次生产的能源覆盖（IEA，2021a，b）。然而，由于一些地域因素，例如寒冷气候、长途运输和能源密集的工业，北欧国家人均温室气体排放量仍高于欧洲平均水平。

  目前，与工业和运输中所产生的碳排放相比，在发电和供热以及减少建筑物直接排放方面，北欧国家的脱碳进展更快。北欧的几个主要工业二氧化碳排放部门包括：纸浆和造纸工业（PPI）、石油和天然气、钢铁生产以及水泥和石灰生产（KofoedWiuff等人，2020年）。其中，PPI和林业在经济上降低化石燃料依赖性，同时实现了更高的生产效率，可再次生产的能源份额方面潜力巨大（Onarheim等人，2017）。

  芬兰74%和瑞典69%的土地面积被森林覆盖（粮农组织，2020a，b）。这两个国家的林业提供了将木质资源有效转化为多种产品的例证，例如绿色能源、不同的生物燃料（固体、液体和气体）和其他生物产品（Koponen，2015）。此外，纸浆和造纸厂作为CO2的大型固定来源，提供了一种独特的可能性，即通过实施具有碳捕获和储存(BECCS)解决方案，在不增加木材清除量的情况下获得负排放（Rodriguez人，2021）。

  在过去的几十年里，芬兰和瑞典的林业均大幅度减少了化石CO2排放（Lindmark，2011年；Lipiäinen，2021年）。由于能源效率的提高、产量和结构的变化以及生物燃料在燃料组合中所占份额的增加，化石能源需求的减少已经实现了削减，但仍要进一步削减。

  下图显示了芬兰和瑞典林业当前的化石CO2流量。该行业的大部分直接化石CO2排放来自锅炉、石灰窑和烘干机中使用的化石燃料。泥炭在瑞典使用率很低，但在芬兰，其用于能源的消耗量为0.9MtCO2/a。尽管这两个国家的化石CO2排放量很大，但排放强度低于欧洲中等水准，尤其是在瑞典。

  2019年，瑞典和芬兰分别为90kgCO2/tpaper和280kgCO2/tpaper，而欧洲中等水准为300kgCO2/tpaper（CEPI，2019）。工厂购买的电力和生产会导致间接排放。在芬兰和瑞典，由于大量的核能、水力和生物基生产，国家电力生产的碳强度较低。

  因此，购买电力的间接碳排放在瑞典约为0.2MtCO2，在芬兰约为1.3MtCO2。此外，木材和生成产品的运输需要大量的化石燃料。在瑞典国内，林业部门交通运输的能源需求约为5TWh，约占交通部门总能源使用量的6%（瑞典森林工业联合会，2018）。除了本研究中涉及的化石排放外，化学品和其他原材料投入的外部生产排放约1.1MtCO2/a（瑞典森林工业，2019年），这一个数字在与芬兰的排放量相同。

  目前，芬兰和瑞典多个工业部门已制定了无化石运营路线图（Fossil FreeSweden，2017；Paloneva，Takamäki，2021）。其中芬兰有13个行业制定了路线个是大型能源密集型行业，包括能源、化工、森林和科技行业。在瑞典，占化石CO2排放总量约70%的22个部门制定了路线图。路线图的目的是为了加强该地区对碳中和所需措施、成本、机会和障碍的理解。

  北欧国家均聚焦于碳中和的推进。其中芬兰和瑞典两个国家都希望提升在这一领域的影响力，并希望成为全世界范围内该领域的技术领先者以及方案解决商。大多数部门的目标是通过提高能源效率和用生物燃料和电力替代化石燃料来实现碳中和。然而，目前可用的生物质资源并不能够满足所有行业的总需求，尤其是在高峰负荷期间，电网的容量可能不足。

  其中，林业的情况略有不同。它能够正常的使用生物能源（bio-basedenergy），该能源可从林业自身体系中获取。因此，林业具有更加好的前景来实现碳中和。此外，林业所产生的生物燃料也可以在增加市场上可再生燃料基数方面发挥及其重要的作用。因此，林业也能够在一定程度上帮助其他部门实现脱碳。

  然而，生物量（biomass）竞争的加剧和电气化的压力可能会极度影响林业的商业环境。芬兰和瑞典的森林工业都发布了低碳运营路线；瑞典森林工业联合会，2018）。下图展示了芬兰和瑞典对森林部门减少CO2排放的愿景。图中可见，林业部门既是能源的消费者，也是能源的生产者。

  眼下，森林的扩张和生物产品（bio-basedproducts）作为碳储存和化石材料替代品对气候平均状态随时间的变化的影响究竟有多大，仍要进一步研究。

  瑞典的目标是到2045年在林业中逐步淘汰化石能源的使用。同时，该国林业部门的目标是保持竞争力并增加生物燃料和高价值生物材料的产量。芬兰估计，到2035年，工业CO2排放量可减少多达90%，预计交通排放量也将大幅减少。

  芬兰路线排放，防止碳泄漏，加强碳储存，并增加替代化石材料的可再生材料的生产。两国的目标是用生物质替代大部分工业燃料。由于目前瑞典的化石燃料使用量低于芬兰，因此减排潜力也较低。芬兰声称，能源效率的提高和电气化将通过减少对化石燃料的需求来减少二氧化碳2的排放。然而，能源效率提高的影响难以评估，因为它们也可能会产生间接影响。

  例如，减少传统能源需求可能会增加生物能源为其他部门使用。芬兰和瑞典的林业部门预计，运输部门和电力生产部门将逐步淘汰化石燃料的使用，这将导致二氧化碳的排放量显着减少，尤其是在芬兰林业行业。除了减少化石排放外，两国都强调森林部门加强碳汇和生物燃料的生产，从而替代化石产品来为碳中和提供帮助。尽管目前瑞典林业的路线图并未考虑碳捕集技术，但瑞典表示，BECCS将在2050年的碳平衡中发挥及其重要的作用，BECCS的很大一部分可能会在PPI中实施（Karlsson，2021）。但是，芬兰方面并不认为BECCS是主要参与者。纸浆厂的绿色发电量可能会显着增加，但其影响与工厂和电网中化石燃料的替代并没有分开。

  能源效率提升被认为是减少工业能源使用和排放的最重要措施（Worrell，2009）。拉彭兰塔工业大学之前的研究表明，尽管芬兰和瑞典的纸浆和造纸行业已经大幅度提高了能源效率，但仍有进一步改善的潜力（Lipiäinen，2021）。

  然而，由于芬兰和瑞典的林业已经通过生物燃料满足了大部分能源需求，能源效率的提高可能不会对直接化石燃料CO2排放产生显着影响。节能可能会引起购买的电力减少或工厂多余能源的增加。此外，Johansson提出，提高能效可以释放资源用于开发新的绿色能源产品。同时，节能可以显着降低成本。

  因此，能源效率的提高可以被视为增加国家在碳中和领域竞争力的主要的因素。多项研究中已经引入了提高能源效率潜力的技术（例如，欧盟委员会，2015；Fleiter，2012；Kong，2016）。除了改进技术之外，能源管理还可以在工业节能方面发挥及其重要的作用（Andersson，2021；Thollander，Ottosson，2010）。提高能源效率将在森林部门的可持续发展中发挥重要作用。

  2019年，芬兰林业在能源生产中使用了8.3PJ的泥炭，相当于∼0.9MtCO2。此外，为林业生产能源的现场能源公司（on-siteenergy companies）在多燃料锅炉中使用泥炭和生物质（biomass）。

  许多工厂都表示要减少泥炭在燃料组合中的份额，其中大多数工厂已经在能源生产中降低了对化石燃料的依赖。但是，在一些现有锅炉中，完全消除泥炭在技术上是不可能的（Afry，2020）。生物质中的碱金属氯化物往往会形成粘性混合物，因此导致锅炉腐蚀。泥炭中的硫与碱金属氯化物反应，从而防止腐蚀。

  一些锅炉已经使用添加元素硫来解决这一个问题，但这会产生HCl排放。另一个挑战是生物质的能量含量低于泥炭。如果用生物质代替泥炭，则需要更加多的燃料，由此产生更多的烟体排放。生物质的可用性和价格是另一个需要我们来关注的问题。除了泥炭，芬兰的三个工厂正在使用煤炭生产能源（1.9PJ，0.2MtCO2）。由于2029年芬兰将禁止燃煤，因此这个举措将会被禁止。

  纸浆和造纸厂常常使用辅助锅炉来确保在特殊情况下（例如启动和关闭）的蒸汽供应。在许多情况下，这些锅炉燃烧天然气或石油。但是，高昂的电价限制了电锅炉的使用。在芬兰，有两台小型（10-15兆瓦）电锅炉用于在其他锅炉不运行时为工厂加热。在瑞典，电锅炉在林业中更为常见。许多工厂需要混合燃烧化石燃料，以确保完全破坏嗅味气体（odorousgases）。

  芬兰的MetsäFiber Ä änekoski纸浆厂通过在整个工厂仅燃烧生物沥青油和甲醇来消除化石燃料。其他工厂也宣布在特殊情况下使用沥青油（例如 StoraEnsoOulu）。然而，许多纸浆厂要么出售甲醇和妥尔油，要么已经在使用它们，例如在石灰窑中。由于化石燃料易于燃烧和储存，并且它们在特殊情况下的使用在总燃料使用量中起次要作用，因此特别难找到其提到品。然而，如果碳捕获技术被添加到减排组合中，实现净零排放可能不需要消除所有化石燃料。

  芬兰拉彭兰塔工业大学认为，如果不采用碳捕获技术，可能没办法实现净零排放（IEA，2021）。例如IEA可持续发展情景，都将碳捕获与利用和储存(CCUS)作为PPI减排措施的一部分（IEA，2020）。虽然CCUS被列为欧洲绿色协议行动计划（欧洲委员会，2019）中的工业优先领域之一，但主要政策工具欧盟排放交易系统(ETS)并未考虑生物性排放（biogenicemission）。

  同时，大型PPI装置能够以比一些小型化石能源产生更少的气体排放（Garðarsdóttir等人，2018）。欧洲PPI部门的碳捕获潜力大多分布在在硫酸盐纸浆厂，在那里能够大大减少排放并利用BECCS,将纸浆厂可行地转化为负排放源（Jönssonand Berntsson，2012；Kuparinen，2019；Leesonet al.，2017）。

  BECCS被认为是最有前途的碳去除技术之一。然而，缺乏政策激励如今已成为阻碍BECCS发展的主要障碍（Fridahl，Lehtveer，2018）。可用的技术选项仍处于开发的早期阶段（Minx人，2018年），碳配额的价格远低于CCS的成本（Fuss，2018）。

  目前，芬兰和瑞典的林业都有数家工厂从燃烧过程中捕获少量的CO2，用来生产造纸所需的沉淀碳酸钙(PCC)（Jönsson，Berntsson，2012）。仅考虑纸浆和造纸行业的潜力，芬兰的PCC每年可消除多达200kt的CO2。CO2也可用于牛皮纸制浆过程的多个阶段，例如在妥尔油酸化、粗浆洗涤和木质素提取（Ruostemaa，2018）。这些过程为现场捕获CO2提供了可能性，尽管与CO2储存相比，它们从大气中去除CO2的潜力很小。利用生物基CO2的大规模意义在于减少化石燃料产生CO2的可能性。考虑到通过电解CO2捕获来生产甲酸或甲醇，纸浆和造纸厂的环境具有吸引力（Kärki，2018）。这些过程很有希望，但要进一步的研究以及政治支持才能变得可行。

  预计BECCS将在瑞典发挥及其重要的作用，在2030年和2045年将分别贡献1.8Mt和3-10Mt的负CO2排放（Karlsson，2021）。目前，瑞典至少有两个处于设计阶段的林业CCS项目：一个将从纸浆和造纸厂的烟气中捕获0.8MtCO2/a，另一个将从黑夜汽化炉中捕获0.26MtCO2/a气化器（Torvanger，2019）。

  如果这些项目得以实施，瑞典林业未来将不会直接排放化石CO2。相比之下，芬兰的国家战略则不包括BECCS，该技术并未在林业中大规模使用。由于技术挑战和缺乏捕获生物质二氧化碳（ biogenic CO2）的激发鼓励措施，大规模CCS在芬兰直到2030年才可行。芬兰林业部表示，CCS可以从2040年开始在芬兰的林业中发挥作用。尽管芬兰和瑞典的PPI愿意参与CCS的开发，但这一些企业仍要求政府合作并不愿意承担财务责任。

  大规模实施CCS需要永久储存捕获的碳。最有用的存储是多孔的海底下的岩层，至少800米的深度储存的碳保持液态。但是，芬兰和瑞典没有合适的地下地质构造，因此储存碳需要管道或船舶运输以及可靠的交通运输体系。这也导致芬兰和挪威的存储成本成本将比欧洲的平均成本高出10%–20%。

  芬兰和瑞典的PPI结构在牛皮纸浆厂加工的原生纤维原料中所占比例很高，这在某种程度上预示着BECCS为这些国家的碳捕获提供了重要机会，因为欧盟排放交易体系将考虑BECCS和负排放。考虑从捕获到存储的整个链条，实现对BECCS的重大投资需要一个可预测的运营环境。与目前使用的自愿碳抵消计划的减排证书相比，具有标准化存储监控机制的CCS将为碳中和纸浆和纸产品提供更可靠的途径。返回搜狐，查看更加多