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中国为达成应对气候变化《巴黎协定》作出重要贡献，也是落实《巴黎协定》的积极践行者。今年9月，我宣布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，力争2030年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。


地球碳循环

以前总提碳排放，现在升级到谈碳中和了，就是要控制排放二氧化碳CO₂的量与自然界吸收的CO₂量相等，人类活动不额外增加大气中CO₂的存量。

碳元素按重量算，占地球的千分之四。不过碳不是埋藏不动的，而是动态循环起来的。

自然界碳循环的基本过程包括：

• 大气中的CO₂被陆地和海洋中的植物吸收，然后通过生物或地质过程以及人类活动，又以二氧化碳的形式返回大气中。
• 绿色植物从空气中获得CO₂，经过光合作用转化为葡萄糖，再合成为植物体的碳化合物，经过食物链的传递，成为动物体的碳化合物。
• 植物和动物的呼吸作用把摄入体内的一部分碳转化为CO₂释放入大气，另一部分则构成生物的机体或在机体内贮存。
• 动植物死后，残体中的碳通过微生物的分解作用也成为CO₂而最终排入大气。
• 一部分（约千分之一）动植物残体在被分解之前即被沉积物所掩埋而成为有机沉积物。这些沉积物经过悠长的年代，在热能和压力作用下转变成矿物燃料──煤、石油和天然气等。当它们在风化过程中或作为燃料燃烧时，其中的碳氧化成为CO₂排入大气。
• CO₂可由大气进入海水，也可由海水进入大气。这种交换发生在气和水的界面处，由于风和波浪的作用而加强。这两个方向流动的CO₂量大致相等，大气中CO₂量增多或减少，海洋吸收的CO₂量也随之增多或减少。

大气圈中约储碳7550亿吨，海洋中储碳39万亿吨，地球上植物的光合作用每年吸收碳1100亿吨，但也会由植物和土壤的呼吸作用将等量的碳还回大气圈。

1990年时人类每年燃烧化石能源向大气中排放碳60亿吨。相对于无论是大气、土地、海洋中碳的存量，还是每年大气、海洋、生物圈之间交换的碳的流动量，这个数字其实都显得非常不起眼。似乎无论是哪一方，稍微消纳一下，人类活动排放这点儿碳都无足轻重。

地球确实有自我平衡的能力，比如大气中的CO₂浓度如果提高，会促进植物光合作用的发生，增加地球植被的覆盖，更多的吸收大气中的CO₂，使碳循环重归平衡。

然而再平衡是需要时间的，人类额外排放的碳虽然每年总量不多，但架不住一直排呀，累积起来还是不容忽视。

人类活动碳排放

人类活动造成的额外碳排放主要包括化石燃料释放CO₂、生产水泥释放石灰石中的CO₂和毁林造田释放土壤中的CO₂。

化石燃料燃烧和水泥生产每年排碳从1960年的25亿吨增长到2014年的98亿吨，增长从未停止。而毁林造田造成的碳排放在减小，从1960年的15亿吨减少到2014年的11亿吨。

这些人类的排放的碳在地球碳循环中何处去了呢？

人类排放的这些碳由于碳循环的作用，沉积在大气圈、陆地和海洋中。相比于1960年，陆地和海洋每年沉积的碳在持续增长，但增速较低。每年留存于大气圈中的碳不断增加，1960年大气沉积了20亿吨碳，2014年增加至39亿吨。

可见如上文所说，地球在努力的再平衡，但是每年人类的排放总在增长，每年欠债差额在不断累积。

大气中碳浓度增加

十八世纪后半期工业革命爆发之后，人类造成的碳排放急速增加，上图的左轴和红点，到今天已经每年排碳超过100亿吨。

自然界碳循环中额外的这部分排放，一部分被陆地和海洋吸收，另一部分在大气圈中逐渐累积增多。上图的右轴和蓝点。大气中的CO₂浓度已经由工业革命前的不到300 PPM上升到今天的400 PPM。

人类活动的碳排放使大气中CO₂浓度的升高幅度，确实已经是不能忽视的量级了。

温室效应？

全世界关注大气中CO₂浓度的升高，是因为担心温室效应。

当然，学界也存在分歧，人类的工业革命至今不到两百年，但在地球的地质年代中只是沧海一粟。

不要说工业革命，人类的文明也不超过一万年。而在过去50万年里，地球就经历过4次显著的升温和气温回落。彼时尼安德特人肯定没有大规模的碳排放。

今天我们观察到的碳排放增加、大气CO₂浓度提高与全球升温是否有必然的因果关系，还是只是同时发生的不相关事件，尚有争论。当然，目前全球已经几乎一致认可朝着降低CO₂排放的方向共同努力。

碳中和目标对化工的影响

我国若以2060碳中和为目标去努力，无疑对于化石能源的使用量要有激进的逐年削减指标。

化石能源当然指的是煤、石油、天然气，全球这三种资源中的绝大部分都是作为能源消耗掉了。而另外那一小部分，则是化工的基石。

化工是将碳、磷、钾、氟、钛、硅等元素加工为材料，其中绝大部分是用碳。化肥、农药、化纤、塑料、橡胶、涂料的分子链都是以碳为基础的。

在能源用途中，尚有水力、核能、光伏、风能等能源去替代化石能源；但在材料用途中，并没有元素能代替碳，仍要依赖这些化石来提供碳源。此处就产生问题了，化石中的碳变成了材料中的碳，是否构成碳排放？是否需要承担减排的责任？

我们举两个化工品的例子来分析：

煤制烯烃

乙烯和丙烯是全球生产和消费量最大的基础化工产品中排名第一和第二位的产品。聚乙烯和聚丙烯是最常见的塑料原料，全球每年合计需求两亿吨，是唯一以亿吨计的化工产品。

烯烃可以用三种路线生产，石油裂解、煤制烯烃和页岩气副产的烷烃脱氢。由于我国富集煤炭资源、缺乏油气资源，全球范围内只有我国在烯烃生产中相当一部分份额是煤制烯烃路线。

我们对煤制烯烃的碳排放做个简单计算：

• 1.5吨煤生产1吨甲醇（仅原料煤，包含燃料煤则2.5吨煤生产1吨甲醇）
• 3吨甲醇生产1吨烯烃
• 则4.5吨煤生产1吨烯烃
• 甲醇制烯烃得到乙烯和丙烯接近1:1的混合物
• 乙烯分子式为CH₂=CH₂，含碳为86%
• 丙烯分子式CH₂=CH-CH₃，含碳为86%
• 则1吨烯烃中含碳0.86吨
• 粗略的计算4.5吨煤中含碳4吨

则每生产1吨产品烯烃，使用4吨原料碳，其中有0.86吨留在了产品中，有3.14吨碳生成了11.5吨CO₂排放到了大气中。

然而石油裂解路线生产1吨烯烃排放CO₂约为3吨，而烷烃脱氢路线生产1吨烯烃排放CO₂约为2吨。

可见，如果我们的生活离不开塑料、涂料、药品、化纤，我们必须要用碳构成烯烃的话，那么这个碳的来源如果是油气，则碳排放将比煤制烯烃路线低得多。

电石法聚氯乙烯

聚氯乙烯也是一种常用的塑料原料，主要用来生产塑钢门窗、下水管材、塑料包装袋、地板革，我国每年1700万吨的消费量也是排名前茅的塑料品种。

聚氯乙烯也有两种生产路线，一是石油乙烯法，就是利用上面说的石油裂解得到的乙烯为原料进行生产；二是电石乙炔法，这条路线同样是依托我国煤炭为主的资源禀赋的，占我国聚氯乙烯产能的80%以上。

看看电石乙炔法生产聚氯乙烯有多少碳排放：

• 石灰石（碳酸钙CaCO₃）煅烧得到生石灰CaO，排放掉CO₂
• CaO和焦炭一起通电熔融得到电石CaC₂，每吨电石需要用电3800度
• 1.5吨电石再加550度电生产1吨聚氯乙烯
• 1吨标煤发电大约2800度

计算下来电石乙炔法路线生产聚氯乙烯，虽然把大部分碳留在了产品里，但是能耗高，生产1吨聚氯乙烯综合排放CO₂大约6.5吨。远高于石油乙烯路线。

虽然化工使用化石作为原料把碳固化在产品中，但不可避免的也产生碳排放，并且轻质原料（油气）与重质原料（煤炭）路线的碳排放量差异明显。煤炭路线排放到大气中的碳甚至远远超过了固化在产品中的碳。在碳中和目标下，煤化工将感受到压力。

实际上，在核心郑重承诺碳中和的不到5个月前，今年7月还在企业家座谈会上发表过重要讲话，首次提出：“在当前保护主义上升、世界经济低迷、全球市场萎缩的外部环境下，我们必须集中力量办好自己的事，充分发挥国内超大规模市场优势，逐步形成以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局，提升产业链供应链现代化水平，大力推动科技创新，加快关键核心技术攻关，打造未来发展新优势。”
内循环的发展格局下，化工行业的上游原料端应以侧重我国的煤炭资源禀赋为主。而承诺碳中和无疑是为了承担大国责任，更好的融入国际社会。两个方向应该是辩证统一的吧。

可再生材料的风口

即便是使用低碳排放水平的石油化工路线来生产的塑料制品，在生产时，尽量将碳固化在产品中了，然而在产品使用之后，又面临新的环保要求了——可降解。此时发现，可降解塑料要么不能彻底降解构成污染，要么彻底降解，高分子碳链分解成独立的CO₂进入大气了……

更完美的解决方案无疑就是可再生材料了，不再依托不可再生的化石为碳源，而是以可再生的植物为碳源。植物的碳来自通过光合作用固化大气中的碳。因此植物基的可再生材料即便最终降解、或者焚烧处理了，也没有额外增加碳排放。

这个领域的探路者，不仅是国内，而是国际领先的探路者，无疑就是凯赛生物了。本文不再详述了，可以参考之前的文章《凯赛生物的打开方式，生物材料的星辰大海》。

凯赛生物以玉米为原料，以适当的菌种进行发酵，将玉米淀粉中的葡萄糖分解。葡萄糖是6个碳的链状分子。其中1个碳变成CO₂，释放能量，奖励给出工出力的细菌。剩下的5个碳变成戊二胺。

戊二胺下一步作为重要原料，生产出各类聚酰胺（尼龙）。无论是拉丝作为服装纤维，还是切片作为工程塑料，下游有着广泛的应用空间。

生物化工将传统的化工反应塔微缩到细菌体内，由细菌工厂完成所需的化学反应，将原料变成产品。而菌种的设计、编辑、筛选、培养则是核心科技。2020年的诺贝尔化学奖就是颁给两位研究细菌基因剪刀的科学家。可见这个领域是化工皇冠上的明珠了。

凯赛生物布局山西生物材料产业园

凯赛生物变更募投项目山东金乡基地4万吨/年生物法癸二酸项目到山西实施，目前正在进行4万吨生物法癸二酸项目的启动准备工作，预计2022年能产出产品。山西的年产50万吨生物基戊二胺项目、年产90万吨生物基聚酰胺项目将会与下游产业链配套项目一起规划。 

山西省决定由山西转型综合改革示范区管委会建设的合成生物材料产业园，将依托凯赛生物以农产品和精细煤化工产品为原料，以“生物基戊二胺”、“长链二元酸”等单体材料为核心，吸引生物材料上下游企业，建设生物材料产业集群，助力山西省产业转型升级。 

根据凯赛生物与山西综改区签署的合作协议，山西政府在以下几个方面对合成生物产业园项目给予支持： 

• 给予合成生物产业园项目有竞争力的能源价格，例如电、蒸汽等；
• 综改区政府负责产业园的基础设施配套，包括热电、水处理、道路、专用铁路线等配套设施； 
• 对研发机构给予资助，山西三级政府将共同支持15亿元人民币资金，用于研发机构的建设和运营，研发机构由公司负责管理和运营，研发成果优先在产业园和山西省境内使用、转化； 
• 山西省及综改区政府在产业园规划合成生物产业集群，在全国范围招商引进生物基聚酰胺、长链二元酸和生物基戊二胺在各领域的相关下游配套项目； 
• 长期规划利用国外低价格的农作物作为生物基戊二胺的工业原料使用，山西省相关政府部门对实现这一规划给予政策指导和协助； 
• 对生物基新材料的推广使用给予支持。

山西省为何要不遗余力的支持以凯赛生物为核心构建千亿级生物材料产业集群？这种决心的执行力和持续性将如何？

在全国人民的印象中，山西的标签除了醋，就要算煤炭了。山西是传统煤炭大省，也正因为如此，山西大力支持可再生材料才具有必然性，也必定有破釜沉舟之决心。碳中和的目标已定，从化石能源到可再生的转型时不我待。