化工碳中和技术与管理 课件 第5-8章 碳转化与封存技术-化工碳排放核查实务

低/碳/生/活/从/我/做/起第五章碳转化与封存技术5.15.2CONTENTS碳转化利用技术碳捕集技术目录5.3CO2封存技术5.1碳捕集技术5.1.1化学吸收法化学吸收法就是利用CO2和某种吸收剂之间的化学反应将CO2气体从混合气（如烟气）中分离出来的方法。由于CO2为弱酸酸酐，化学吸收法中一般使用弱碱类的有机胺类化合物作为吸收剂，其原理为弱碱（胺）和弱酸（CO2）进行可逆反应生成一种可溶于水的盐。2RNH₂+CO₂40℃(吸收)→←110℃(放出)RNHCOO⁻+RNH₃⁺2RNH₂+CO₂→RNHCOO⁻+RNH₃⁺(5-1)温度变化对该可逆反应影响很大，在40℃左右，反应向右进行，CO₂被吸收；在110℃左右时，反应向左进行，弱酸弱碱盐发生分解，放出CO₂。典型CO2化学吸收法工艺流程原料气↓净化气↑吸收塔解吸塔CO₂→压缩/脱水冷却器/泵热交换器⇆富液→↑贫液→←↑↑→适用情况通过交替改变CO2和吸收剂之间的操作压力和操作温度，实现CO2的吸收和解吸，从而达到分离处理CO2的目的。在整个吸收过程中不发生化学反应。原理由于CO2在溶剂中的溶解服从亨利定律，物理吸收法仅适用于CO2分压较高、净化度要求较低的情况。物理吸收法虽然物理吸收法总能耗比化学吸收法低，但是CO2回收率低，脱CO2前需将硫化物去除。不足变温吸附法（PressureSwingAdsorption，PSA）5.1.2吸附技术变压吸附法（TemperatureSwingAdsorption，TSA）（Pressure-TemperatureSwingAdsorption，PTSA）变温变压吸附法吸附法原理对比：PSA与TSAPSA法(变压吸附)PSA法是基于固态吸附剂对原料气中CO2有选择性吸附作用，在高压时吸附、低压时解吸的方法；核心:高压吸附、低压解吸TSA法(变温吸附)TSA法是通过改变吸附剂的温度来进行吸附和解吸的，较低温度下吸收，较高温度下解吸。核心:低温吸收、高温解吸由于TSA法能耗较大，目前工业上多采用变压吸附法。常用吸附剂:沸石活性炭分子筛氧化铝凝胶日本东芝公司研制在450～700℃下通过化学反应吸收CO2的陶瓷材料锆酸锂，吸附能力为以往的10倍以色列Solmees公司利用多孔性固体吸附剂，从化石燃料发电厂烟道气中吸附CO2的化学温度吸附法（CTSA）伯明翰大学水滑石吸附法Solmees公司CTSA吸附法英国伯明翰大学和皇家科学大学采用水滑石为吸附介质，在208～302℃烟道气中回收CO2，吸附能力高于0.8mol/kg，脱除效率达97%CO2吸附技术研究进展东芝公司锆酸锂吸附材料能耗数据东京电力公司采用PTSA法建成了一个处理量为1000m³/h（标况下）的试验工厂，连续运行2000h，CO2吸附效果很好。东京电力试验工厂情况脱除效率与纯度脱除效率达90%，CO2的纯度达99%。试验条件下能耗为560kWh/t（辅助设备效率太低），比单纯的降压节能11%。CO2浓度影响CO2体积浓度从10%升到15%时可降低能耗25%。据资料估计，在应用时能耗可以降低50%甚至更低。能耗降低潜力PTSA法脱除烟气中CO2工艺流程系统分PTSA和PSA两级，第一级烟气在常压下被吸附，然后通过加热和降压解吸，解吸压力范围为0.05~0.15atm。PTSA两级工艺烟气→PTSA(常压吸附)→加热/降压解吸→PSA工艺流程示意图吸附法优势工艺流程简单调节强投资少维护简单投资少，操作费用低，维护简单工艺流程简单，调节能力强，操作弹性大常温操作节能产品纯度高且可调产品纯度高，而且可以灵活调节无设备腐蚀和环境污染，工艺过程简单，能耗低，压力适应范围广原料适应性广可在常温下操作，可省去加热和冷却的能耗吸附剂寿命也是个问题吸附法劣势与挑战烟道气含CO2量较低，需要大量的能量去压缩80%无用组分来满足吸附压力烟道气CO2低的问题吸附剂寿命问题预处理需求需预处理烟气中的H2O和颗粒物，以免吸附剂表面力减弱吸附解吸及自动化要求吸附解吸频繁，自动化程度要求高，需要大量吸附剂，更适合于CO2浓度为20%～80%的工业气膜分离法依靠待分离混合气体与薄膜材料之间的不同化学或物理反应，使得某种组分可以快速溶解并穿过该薄膜，从而将混合气体分成穿透气流和剩余气流两部分。气体分离薄膜的分离能力取决于薄膜材料的选择性和两个过程参数：穿透气流对总气流的流量比和压力比。5.1.3膜分离法21微孔扩散机理气体通过多孔膜的微孔扩散气体膜分离的两种机理气体通过非多孔膜的溶解—扩散溶解—扩散机理依据分离膜的材质，分离膜主要分为无机膜和有机膜。其中有机膜已逐步进入了应用阶段，大多数的有机聚合物膜均存在渗透性和选择性相反的关系，即渗透性高的膜，选择性则低，反之，选择性高的膜，渗透性则难以令人满意。但是有机膜材料存在着不耐高温和化学腐蚀、易被污染和不容易清洗等缺点。另外，受其自身材质的影响，这类膜在高温、高腐蚀性环境中的应用还受一定的限制，在使用过程中容易老化，不大适合用于矿物燃料产生的CO2气体脱除。分离膜材质分类及有机膜特性无机膜在CO2分离中的应用局限无机膜则主要用于CO2气体分离时分离系数低的情况。采用单级膜分离时，仅能部分地分离和浓缩CO2。实际应用时，需要采取多级循环分离，这样使得无机膜的利用价值大打折扣。二级膜分离CO2工艺及能耗分析一般根据进料气体的组成和回收率的不同要求，可采用一级或二级的膜分离装置，二级分离方法（见图5-5）。该方法能回收80%的CO2，如果回收90%的CO2，膜投资费用将增加2倍，总能耗占燃煤能量的50%～75%。图5-5二级膜分离CO2工艺流程CO2的标准生成吉布斯自由能为-394.38kJ•mol-1，分子中的碳原子处于最高氧化价态，整个分子处于最低能量态，化学性质稳定，是一种惰性分子。因此，CO2活化需要克服热力学能垒，通常需要催化剂、高温和高压等条件。本小节关注热催化过程实现CO2还原制备能源产品的相关研究，产品包括一氧化碳（CO）、甲烷及长链烃、甲醇及C2+醇、甲酸及低碳有机酸等。5.2碳转化利用技术CO2高温裂解CO2还原5.2.1CO2转化为CO的两种途径通过热催化、光催化或电催化途径，利用还原剂（如H2）将CO2还原为CO在高温条件下（1300～1600℃），通过氧载体（如Fe3O4,CeO2）的两步反应循环，将CO2裂解为CO和O2H2+CO2→CO+H2O△Hθ=+41kJ•mol-1(5-2)反应特点普遍存在稳定性差的问题，如Cu催化剂易烧结失活，Pt/Ce催化剂易积炭失活吸热反应，需高温。在300℃、1MPa下，CO₂平衡转化率约23%；在500℃时，最大转化率可达50%催化剂问题逆水煤气变换反应（RWGS）要点反应方程式主要为负载型金属/金属氧化物纳米催化剂，金属为活性中心，氧化物为载体金属和载体的结合需要形成具有活性的稳定界面区域催化剂类型RWGS反应催化剂要点载体材料关键因素金属材料主要为具有还原性的金属氧化物，包括CeO₂、Al₂O₃、TiO₂、La₂O₃等涉及Cu、Fe、Co、Ni、Mo等廉价过渡金属和Pt、Rh、Pd等贵金属及一些合金注：N/A表示未受影响的，下同。RWGS催化剂反应条件分析表反应条件CO2转化为甲烷及长链烃较低的温度、较高的H2/CO2比、适当的压力范围及良好的散热条件有利于CH4的生成。贵金属催化剂具有良好的催化加氢性能，如RaneyNi。为提高Ni分散性，常选用高比表面积材料（金属氧化物、多孔SiO2、碳材料）作为载体。Ni基催化剂Ru、Rh和Pd是常用的贵金属催化剂，可避免Ni基催化剂在低温下失活的问题。Rh/γ-Al2O3的CH₄选择性可达100%。还原性金属氧化物负载的Pt-Co双金属催化剂可实现产物选择性的调控。例如，Pt-Co/TiO2倾向于生成CO，而Pt-Co/ZrO2或Pt-Co/CeO2则倾向于生成CH4。CO2甲烷化催化剂研究双金属催化剂CO2加氢合成甲醇反应原理与工艺CO2+3H2工艺条件影响压力增加反应压力有利于获得更高的甲醇产率。进料比H2：CO2摩尔比为3.0左右较适宜。产物水脱除H2O可以打破平衡，使反应向有利于甲醇生成的方向移动。主反应(放热)CO2+3H2→CH3OH+H2O副反应(吸热)CO2+H2→CO+H2O→后续反应(放热)CO+2H2→CH3OHCH3OH+H2O5.2.2电催化CO2化学转化电催化CO2化学转化制备能源产品和化学品是CO2资源化利用的重要途径。与传统的热催化化学转化相比，电催化CO2转化有诸多优势，如反应在温和条件下进行，并可通过电位改变控制反应速率和产物选择性；电解液可以循环使用，减少了化学品的消耗和废液的产生；所需电能可由风能、太阳能、潮汐能等可再生能源提供，反应过程绿色、清洁等。因此，电催化还原CO2制能源产品和电催化CO2合成化学品已经引起了人们的广泛关注。尤其，随着纳米科技和材料科学的发展，涌现了众多新型电催化材料，实现了CO2的高效转化，获得不同种类的能源产品和化学品，电催化CO2转化成为CO2资源化利用的重要手段。电化学还原CO2原理示意图电化学还原CO₂(ECR)是溶液中的CO₂分子或者CO₂溶剂化离子从电极表面获得电子而发生还原反应的过程，是一个涉及多电子转移的多步反应过程，包括CO₂在阴极表面的吸附、阴极表面的电子转移及产物从电极表面的脱附过程。反应的原理电解池的阴极和阳极用质子交换膜分隔开来，在阴极上发生CO₂的还原反应，而阳极上发生水氧化析氧反应，同时产生H⁺。H⁺在电场作用下，透过质子交换膜，迁移到阴极，为CO₂的还原反应提供氢源。溶液中CO₂↓1.吸附→e⁻+H⁺↘︎反应中间体↙︎2.电子转移→3.脱附↑产物C₂H₄,CH₄...阴极表面(CathodeSurface)从热力学角度来看，在不同的电位下进行ECR反应，可发生不同的多电子转移反应，包括两电子、四电子、六电子、八电子等的转移，而生成不同的还原产物，详见表5-3。目前，报道的ECR还原产物主要包括一氧化碳、甲酸、甲醇、甲醛、甲烷、乙烯、乙醇、乙酸盐等。CO2还原反应产物与电位将CO2高选择性还原为HCOOH/-COOH，如Pb、Hg、In、Sn、Cd、Ti等。将CO2高选择性还原为CO，包括Au、Ag、Zn、Pd、Ga等。第一类第三类第二类将CO2还原为2e以上产物，主要是Cu基纳米催化材料。金属基电催化材料分类金属电极材料表面与CO的结合能强弱，能够很大程度地影响总体ECR的反应产物，与CO结合能太强会导致CO在金属表面脱附困难，从而成为CO2在金属表面电催化还原的决速步。甲烷和甲醇的起始还原电位，与电极材料和CO间的结合能没有绝对关联。强亲氧性的金属能够产生较强的C-O键，从而对产生甲醇具有较高的选择性。然而无论采用怎样的金属催化剂，析氢反应都是主要的竞争反应。因此，欲实现对特定碳氢产物的高选择性，调控CO2在电极表面的还原电位，使其低于析氢电位是需要解决的关键问题。CO结合能对ECR产物选择性的影响b.碳基电催化材料相比于金属电极材料，碳材料电极不仅具有更好的化学稳定性、环境友好，而且由于其析氢超电势较高，可以更好地抑制竞争反应，有利于提高ECR的电流效率，是一种比较理想的电催化还原CO2电极材料。近年来，随着碳纳米材料的迅猛发展，出现了众多新型碳纳米材料，如碳纤维、石墨烯、碳纳米管、类石墨烯碳氮材料（g-C3N4）及其纳米复合材料，在电催化还原CO2反应中得到广泛应用。碳基电催化剂电催化还原CO2的产物主要包括甲酸、甲酸盐、甲醛、甲醇、甲烷等，少数催化剂还可产生C2产物。碳基电催化材料其他电催化材料金属有机配合物是一类由金属原子或离子与有机配体通过配位键形成的化合物，金属在配合物中以单原子活性位点存在，具有高的金属元素分散性。这类催化材料最突出的特点是动力学上对H·具有较高的吸附能垒，导致电极表面的析氢过程遵循Heyrovsky机理，而不是Tafel机理。因此，金属有机配合物电极往往需要更高的析氢过电位，以提高CO2还原的电流效率。尽管经过了四十多年的发展，这一类材料依然存在电流密度低、过电势高、产物选择性差及容易失活等缺点。其他电催化材料5.2.3光催化转化CO2研究概述光催化转化CO2是指在光能驱动下将CO2转化为能源产品和化学品，是CO2资源化利用的理想途径。1979年，日本东京大学的Inoue等成功地利用WO3、TiO₂、CdS、GaP、SiC等无机半导体材料，将CO2水溶液还原为多种碳氢燃料。自此，光催化转化CO2的研究引起了人们的关注。尤其随着纳米科技的进步，新型光催化材料不断涌现，极大地推动了CO2光催化转化的发展。迄今，基于金属配合物的均相光催化剂、基于无机半导体的多相催化体系，以及近年来发展的有机金属框架杂化材料、基于共轭聚合物和碳材料的非金属多相催化剂等均在CO₂光催化转化中得到应用。CO₂光催化转化催化剂应用光催化CO2还原基本原理光催化CO2还原过程见图5-8。当用能量高于禁带宽度（Eg）的光照射半导体催化剂表面，其价带（VB）上的电子受光激发跃迁到导带（CB），在导带形成光生电子，在价带上产生空穴。由于半导体导－价能带间存在禁带，光生电子和空穴在复合前有足够长的寿命，使它们得以迁移至半导体表面，与吸附在表面的CO2和其他物种发生氧化还原反应。光生电子被CO2分子俘获生成CO2•，进一步与H反应，生成还原产物。而空穴被水分子或牺牲试剂俘获，生成具有氧化能力物种，进一步发生氧化反应。同时，激发态的半导体重新回归到基态。光催化CO2还原过程CO2光还原催化体系条件催化剂表面吸附能力有合适的禁带宽度，在光照下能产生足够能量的电子合适的禁带宽度催化剂表面有较强的吸附活化CO2能力电子－空穴分离时间足以完成CO2还原反应电子－空穴分离时间与传统的热催化不同，半导体光催化材料不仅需要将光能转换为具有还原－氧化能力的光生电子－空穴，还要起到降低反应活化能作用。高选择性地获得特定还原产物的关键在于选择具有匹配能级位置和禁带宽度的半导体催化材料，但这也正是光催化反应的挑战。图5-9中所列过程往往几种同时发生，导致多种还原产物产生。此外，H在反应过程中也可以作为电子受体产生H2，且其还原电势低于CO2的还原电势，因此H2和CO2还原产物并存。半导体光催化材料的挑战光催化材料用于CO2光还原的催化剂分为均相和异相催化剂两大类。均相催化剂主要是一类金属配合物，由金属原子或离子与有机配体通过配位形成。金属原子/离子通过与有机配体的结合，实现光吸收、光生电荷分离及CO2还原反应。异相催化剂通常是指固态半导体材料和通过表面化学设计而成的半导体杂化结构材料。在异相催化体系中，半导体材料作为光吸收中心，催化反应的活性位点往往位于半导体表面或者复合体的表/界面。金属配合物具有高度可设计性，其氧化还原电位可以通过选择不同配体进行调节。作为均相光催化剂，单一的金属配合物往往光吸收范围窄，光生电荷的分离效率低，氧化还原电位不足以还原CO₂和氧化水。因此，金属配合物催化体系通常需要由光敏剂（PS）、金属配合物催化剂和电子供体牺牲剂三组分构成。金属配合物催化剂金属配合物催化剂常见的金属配合物催化剂常见的金属配合物催化剂主要包括贵金属配合物，如联吡啶Ru(Ⅱ）配合物、环Ir(Ⅱ）配合物、三羰基二胺Re(I）配合物、金属卟啉、有机染料等，以及Fe、Co、Ni、Mn等廉价金属配合物。贵金属配合物联吡啶Ru(Ⅱ）配合物环Ir(Ⅱ）配合物三羰基二胺Re(I）配合物金属卟啉有机染料廉价金属配合物FeCoNiMn无机半导体光催化材料金属氧化物/硫化物半导体光催化材料在光催化领域得到广泛应用，显示出良好的催化性能。可在无牺牲剂、仅有水存在情况下，将CO₂催化还原生成能源产品。E/V(vs.NHE)1.00-1.0CO₂还原电位CO₂/CH₄(-0.24V)CO₂/CO(-0.53V)CO₂/HCOOH(-0.61V)半导体CBVB↑→e⁻还原h⁺氧化→hv通过金属沉积、杂原子掺杂或构筑复合材料等方式，使TiO2基材料在可见光下具有催化活性。二氧化钛（TiO2）具有无毒、价廉、性质稳定、耐光腐蚀等优点，是应用最为广泛的光催化材料。缺点优点TiO2对太阳光的利用率较低（紫外光响应），且光生载流子的复合概率很高，导致低量子产率（不到4%）。TiO2基材料分析改进方向定义优势金属有机骨架材料（MOFs）比表面积和孔隙率高；组成与结构易控制；孤立的半导体量子点结构，不易团聚；微孔结构有助于对CO2的吸附。一类以金属中心或者无机簇团为节点，由有机多齿配体自组装而成的多孔晶体材料。NH2-UiO-66的催化机理UiO-66是一种以Zr为金属中心、对苯二甲酸为有机配体的刚性MOF材料，具有较高的稳定性。氨基修饰的UiO-66（NH2-UiO-66）具有很强的吸附CO2能力，对还原CO2生成甲酸显示良好的催化活性。催化机理示意图NH₂-UiO-66(催化剂)↓吸附CO₂催化还原反应生成甲酸(HCOOH)g-C3N4形貌调控与CO2光还原选择性通过调控g-C3N4形貌可调控其催化CO₂光还原的产物选择性。例如，g-C3N4纳米片比块体材料有更强的热力学驱动力使光生电子和空穴分离，有利于甲烷的生成。块体材料(Bulk)常规主要产物倾向选择性较差/CO层间范德华力堆叠电荷分离效率低e⁻/h⁺复合纳米片(Nanosheets)高效更强的热力学驱动力光生电子-空穴有效分离主要产物甲烷(CH₄)e⁻h⁺分离强优选结构目前，矿物燃料利用中CO2排放量相当大，远远超过了人类的利用能力，因此必须寻求合适的储存方法，以免分离回收的CO2重返大气或减缓重返大气的速率。CO2的封存方式主要有物理封存、化学封存和生物封存等。5.3CO2封存技术5.3.1CO2物理封存方法CO2的物理封存不涉及化学变化，主要包括海洋或者深海存储和地质储存。CO2的物理存储是一种安全、有效的方法。海洋储存海洋是全球最大的CO2储库，其总储量是大气的50多倍，海洋在全球碳循环中扮演了重要角色。海洋占地表的70%以上，海洋的平均深度为3800m。由于CO2可在水中溶解，所以大气与水体在海洋表面不断进行CO2的自然交换，直至达到平衡为止。若CO2的大气浓度增加，海洋则逐渐吸收额外的CO2。CO2排放与海洋吸收数据在过去的200年间，人为排放到大气中的CO2总共有13000亿t，海洋大约吸收了其中的5000亿t；由于工业化后的人类活动导致大气中CO2浓度的增加，目前海洋正以大约70亿t/年的速度吸收CO2。海洋对CO2的吸收与存储目前，大多数溶解在海水中的CO2都存留在海洋上层，由于水中CO2呈酸性，导致海洋表面的pH值下降了大约0.1。然而迄今为止，深海中的pH值基本没有变化。有研究结果表明，未来若干世纪，海洋将最终吸收人类释放到大气中的大部分CO2，因为CO2在海洋表面溶解并随后与深海的水混合。因此，将CO2存储在海洋中是一种有效的CO2存储方式。一般而言，可封存在海洋中的人为排放的CO2量是没有实际的物理限制的。然而，在一定的时间内，封存量将取决于海洋与大气的平衡状况。当大气中CO2浓度稳定在350～1000μL/L之间时，将会有2万亿～12万亿t的CO2最终留在海洋中。这个值就是通过主动注入方式将CO2封存到海洋中的量。此外封存能力还将受环境因素的影响，如pH最大允许变化值等。海洋封存CO2量分析有研究表明，被注入海洋的CO2至少会在海洋中存储几百年，注入得越深，CO2被保留的时间就越长。目前，将CO2进行海洋储存的方式主要是通过管道或船舶将CO2运送到海洋储存地点，然后将CO2注入海底，在海底形成固态的CO2水合物或液态的CO2湖，并溶解碱性矿物质，如石灰石等，从而中和酸性的CO2。溶解的碳酸盐矿物质可以将CO2的储存时间延长到大约1万年，同时将海洋的pH值和CO2分压的变化降至最低。海洋CO2封存方法地质储存地质储存是永久储存CO2的有效方法。这种方法通过管道技术，将分离后得到的高纯度CO2气体注入地下深处具有适当封闭条件的地层中储存起来，利用地质结构的气密性永久封存CO2。枯竭油气藏埋存CO2a.枯竭油气藏储存。油气藏包括多孔储层、盖层。人类对油气资源的工业性开发已经超过一个世纪，数以千计的油气藏已经接近或达到经济开发极限，成为枯竭油气藏，这些油气藏可以成为埋存CO2的场所。利用枯竭的油气藏埋存CO2具有较多优势，如埋存的开发成本低；如果储层证实是闭圈，可埋存数百万年。部分原有油气生产装置可以用来注入CO2，注入CO2可提高采收率10%～15%，这种已被证实的技术称为注入提高采收率技术。目前，国外大约35%的CO2被用来驱油。深部盐水储层储存CO2深部盐水储层储存。许多地下的含水层可以埋存CO2，这些含水层在较深的地下且含有盐水，这些水不能作为饮用水。CO2溶解在水中，部分与矿物质缓慢发生反应，形成碳酸盐，从而实现CO2的永久埋存。适合的含水层还必须有低渗透的盖层，使得泄漏减少到最低。深部盐水层注入CO2的技术与枯竭的油气藏相同。深层煤层储存技术c.无商业开采价值的深层煤层储存。CO2被注入合适的煤层，会有选择地替换煤层中的甲烷。尽管甲烷已经采用减压法被开采，但是采收率只有50%。注入CO2可使更多的甲烷被采出，同时CO2被吸附实现永久储存。煤层可吸附两倍于甲烷的CO2，也可燃烧再次开采的甲烷，燃烧后CO2再回注煤层，该技术称为强化煤层气开采技术。5.3.2CO2化学封存技术与物理封存技术不同，CO2的化学封存涉及化学反应过程，其中主要是利用矿物与CO2进行化学反应，生成新的碳酸盐矿物，称为矿物碳酸化固定或矿化固定。碳元素稳定性分析CO2矿化封存方法CO2转化为碳酸盐的稳定性及捕获因此，可以用CO2形成碳酸盐（主要是碳酸镁、碳酸钙）的方式来捕获、固定CO2。这其中的关键因素是要有生成碳酸钙、碳酸镁的阳离子—钙、镁离子。钙、镁在自然界主要赋存于矿石中，如白云石、方解石、菱镁矿、蛇纹石、橄榄石、硅灰石等，这些矿石中钙、镁含量比较高。此外，某些富含钙镁离子的固体废弃物，也能作为所需的钙、镁离子源。因此，在封存CO2的同时还可能产生附加收益，矿化封存更稳定，安全性更高，几乎不会产生泄漏等风险。在CO2以及所有的碳酸盐化合物中，碳元素都是处于最高价态形式。一般情况下，处于最高价态形式的含碳化合物是比较稳定的，然而CO2并非是最稳定的。碳酸盐的标准吉布斯自由能要比CO2的标准吉布斯自由能低60～180kJ/mol，碳元素的最稳定形式应该是碳酸盐而不是CO2。CO2矿化固定技术技术概述CO2矿化固定自20世纪90年代提出后，目前已经发展出几十种具体的固定工艺或路线。2000年后，美国、芬兰、意大利、英国和澳大利亚等各国均投入力量推进技术研发。目前，我国也有一些队伍在开展有关技术研究工作。矿化方式原地矿化(注入地下)异位矿化(在地面进行)矿物原料天然矿物(橄榄石、蛇纹石等)固体废弃物(粉煤灰、钢渣等)技术发展历程11990sCO2矿化固定概念被首次提出22000s美、芬、意等多国投入力量推进研发3当前我国开展相关技术研究工作部分CO2矿化封存途径直接矿化反应物CO2,含Ca2+、Mg2+的溶液主要反应(Ca,Mg)2++CO2+2(OH)-→(Ca,Mg)CO3+H2O反应产物碳酸盐间接矿化反应物CO2,含Ca、Mg的硅酸盐矿物主要反应(Ca,Mg)xSiyOz+CO2→x(Ca,Mg)CO3+ySiO2反应产物碳酸盐和二氧化硅工业固废矿化反应物CO2,钢渣、电石渣、粉煤灰主要反应CaO+CO2→CaCO3反应产物碳酸钙CO2磷石膏矿化固定磷石膏是磷肥、磷酸生产等磷化工过程中排放出的工业固体废弃物，是化学工业中排放量最大的固体废物之一。其主要成分为二水硫酸钙（CaSO4·2H2O）和半水硫酸钙（CaSO4·1/2H2O），以二水硫酸钙居多，有一定的酸性和轻微腐蚀性。此外，根据原料磷矿石的产地环境不同，磷石膏中还往往还有不同微量的砷、银、钡、铬、铅和汞等元素。2017年，我国磷石膏产量虽有下降，但仍高达75Mt。作为典型的大宗工业固废，磷石膏有效处置和利用的比例仍然十分有限，大部分处于堆放状态，严重污染环境或造成较大安全隐患。我国各级政府高度重视磷石膏堆存的环境风险，纷纷出台相应政策和指导意见，推进磷石膏的处置和综合利用。推进磷石膏综合处置与利用成为磷石膏治理的趋势。75Mt2017年中国磷石膏产量主要构成二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)半水硫酸钙(CaSO4·1/2H2O)微量重金属元素(As,Ag,Ba,Cr...)CO2与磷石膏结合矿化反应输入原料磷石膏废渣(CaSO₄·2H₂O)输入原料低浓度尾气CO₂→→联产:碳酸钙平均粒径:56mm过滤强度:>880kg/(m²•h)联产:硫酸铵游离NH₃浓度:0.3～0.8mol/L最终核算:1t磷石膏可矿化0.25tCO₂,联产0.78t硫酸铵,0.58t碳酸钙。一步法矿化工艺以氨(NH₃)为媒介,总反应方程式如下:NH₃+CO₂+CaSO₄·2H₂O→CaCO₃↓+(NH₄)₂SO₄+H₂OCO₂吸收率:75%磷石膏转化率:>92%玄武岩矿化固定玄武岩是一种火山岩，在地表和地下均有广泛分布。玄武岩中钙、镁和铁的含量较高，在一定条件下，很容易与CO2发生化学反应形成固态碳酸盐，实现CO2的矿化固定和封存。这些金属离子与CO2反应析出碳酸盐矿物，其反应化学方程见式5-9。(Fe,Ca,Mg)2++CO2+H2O→(Fe,Ca,Mg)CO3+2H+(5-9)玄武岩中这一反应的不断进行，除了需要CO2和水的条件，还依赖于H+的不断消耗。此外，为了产生可参加CO2矿化反应的2价金属离子，可通过一些措施加速硅酸盐的溶解来实现，例如提高矿物流体接触面积，选择或控制注入流体的温度和成分。原地矿化在工程实践上，CO2玄武岩矿化主要包括原地矿化和异地矿化。原地矿化就是将CO2注入玄武岩地层中，然后与其中的矿物硅酸盐反应生成矿物碳酸盐或重碳酸盐。这是一种放热反应，因此是一种热力学上有利的反应，它深入地下，将二氧化碳以矿物形式隔离。异地矿化异地矿化在基本原理上与原地矿化类似，所不同的是通常将玄武岩运输到某地，然后CO2与其中的矿物发生反应，只是反应是在地表进行的。××大学第六章碳资产管理推动绿色低碳转型·构建可持续未来202×年度目录6.1碳资产概述碳资产概念与分类碳资产核心特征碳资产价值与定价化工企业管理体系6.2碳排放权交易碳排放权交易概念交易原理与机制配额型与项目型交易对化工行业的影响6.3碳金融碳金融概念与功能碳市场融资工具碳市场交易工具碳金融在化工企业中的实践××大学·2025年度6.1碳资产概述碳资产的概念、分类、特征及价值管理碳资产概念分类体系核心特征价值管理碳资产的概念与意义CarbonAssetConceptandSignificance背景与定位碳资产作为应对全球气候变化、推动低碳转型的核心要素，已成为现代企业资产体系中的重要组成部分。在化工行业中，碳资产的科学管理不仅关系到企业的履约成本与经济效益，更深刻影响着行业绿色低碳转型的进程。全球意义应对气候变化已成为全球共识，碳资产作为减排机制的核心标的物，其管理水平和交易活跃度直接影响全球减排目标的实现进度。行业价值化工行业作为高排放领域，碳资产管理能力将成为决定企业竞争优势的关键因素，推动行业向低碳化、高效化方向转型。成本优化降低履约成本价值创造提升经济效益绿色转型推动可持续发展碳资产的定义（上）：会计准则视角CarbonAssetDefinition:AccountingStandardsPerspective国际及国内会计准则对资产的界定IASB资产是"作为过去交易的结果,由企业控制的、可望流入企业未来经济利益的资源"FASB资产是"特定个体从已经发生的交易或事项所取得或加以控制的可能的未来经济利益"中国准则资产是"企业过去的交易或者事项中形成的,由企业拥有或者控制的预期会给企业带来经济利益的资源"碳资产的狭义定义吴宏杰在《碳资产管理》中给出狭义定义：碳资产是指在强制碳排放权交易机制或自愿碳排放权交易机制下,产生的可直接或间接影响组织温室气体排放的配额排放权、减排信用额及相关活动。•政府分配的排放量配额•企业通过节能技改减少的碳排放量•投资开发减排项目产生的核证减排信用额资产确认的两个条件条件一：与该资源有关的经济利益很可能流入企业条件二：该资源的成本或者价值能够可靠地计量化工行业应用化工企业的碳资产价值直接取决于其碳排放强度、减排潜力及市场对低碳产品的需求。通过碳捕集技术减少的排放量可转化为核证减排量进行交易,或通过能效提升设备降低生产过程中的碳排放以节省配额消耗。碳资产的定义（下）：广义与国际视角CarbonAssetDefinition:BroadandInternationalPerspective广义视角下的碳资产定义碳资产是"拥有并对碳(含二氧化碳等在内的多种温室气体)进行系列开发交易活动并由此能够带来经济利益流入的各类物质或权利"。这一定义不仅涵盖狭义碳资产,还包括为减排温室气体形成的先进设备、储备的先进技术、实施的有效措施等生产开发类型的碳资产。国际机构定义CFAInstitute碳资产涵盖"任何能在碳交易市场中转化为价值或利益的有形或无形财产"普华永道(2021)"以碳排放权益为核心的所有资产,包括强制或自愿碳交易机制下的碳配额、项目减排量及其衍生品,以及通过节能减排、固碳增汇等活动减少的碳排放量及带来的经济和社会效益"国内监管部门定义中国证监会(2022)《碳金融产品》："由碳排放权交易机制产生的新型资产"中国资产评估协会(2022)"碳排放权配额交易或温室气体自愿减排交易等机制下,特定主体拥有或控制的,作为生产经营要素或投资对象从而带来经济利益的资源,包括配额碳资产、减排碳资产、碳金融资产等"碳资产的核心特征碳资产的核心特征在于其与温室气体减排的直接关联,以及通过交易、履约、技术应用等方式为持有者带来经济利益的能力。在化工行业中,这一属性具体体现为配额履约、减排项目开发、低碳技术应用等多种形式。碳资产分类（一）：按实物形态与来源CarbonAssetClassification:ByPhysicalFormandSource按实物形态分类碳有形资产具有实物形态、可精确计算和评价低碳价值的资产典型实例：•高效节能反应装置•余热回收系统•碳捕集利用与封存(CCUS)设备•低能耗生产工艺设备碳无形资产不具有实物形态但具有低碳价值的资产•企业通过工艺优化获得的超额减排额度•政府分配的碳排放配额•低碳生产专利技术•碳交易权和碳信用额度按来源分类政府无偿配额政府根据年度减排目标,按行业基准值或历史强度法向企业分配的碳排放额度应用实例：我国全国碳市场中向发电企业初始分配的配额,化工行业纳入全国碳市场后也将采用类似机制有偿购买当企业自身配额不足时,从二级市场或其他企业购买的碳排放权发展趋势：随着"双碳"目标推进,有偿购买(如配额拍卖)将逐步成为碳配额获取的主要方式,以提高市场机制的资源配置效率配额分配机制演进趋势从免费分配向有偿分配过渡是国际碳市场发展的共同趋势。欧盟碳市场从第三阶段起已逐步提高拍卖比例,2020年整体拍卖配额占比达57%,这既能增强企业的减排动力,又能为政府带来收入用于支持低碳项目。碳资产分类（二）：按市场交易客体CarbonAssetClassification:ByMarketTradingObjects碳交易基础产品即原生交易产品,是碳市场中最基本的交易标的,包括碳排放配额和碳减排信用额两大类。碳排放配额"通过确定一定时期内污染物的排放总量,颁发许可证分配排放指标并允许交易"的排污权碳减排信用额"经联合国或认可机构认证,通过提高能效、减少污染等方式产生的可交易碳排放计量单位"•《京都议定书》下的核证减排量CER•中国核证自愿减排量CCER碳交易延伸产品即碳金融衍生品,是在基础产品之上开发的金融工具,主要用于规避价格波动风险和提升资产流动性。碳期货标准化合约,约定未来特定时间交割碳期权赋予买方在未来以约定价格买卖的权利碳基金专门投资碳资产的投资基金成熟市场欧盟碳市场已形成成熟的衍生品交易体系90%+欧盟碳市场中衍生品交易占比超过90%探索阶段我国正逐步探索碳金融产品创新碳资产分类（三）：按交易属性与其他维度CarbonAssetClassification:ByTradingAttributesandOtherDimensions按是否可在碳交易市场交易生产类碳资产企业运营中做出低碳贡献但不可交易的资源•低碳生产管理体系•能源梯级利用技术•绿色供应链管理模式•节能减排管理制度交易类碳资产可在市场交易的碳指标,其价值随市场供需和政策调整而波动•政府配额•核证减排信用额•碳金融衍生品按碳交易制度分类配额碳资产产生于"总量控制—交易机制"(cap-and-trade)政府预先设定排放总量上限后,分配给企业的允许排放量•欧盟排放交易体系下的EUA•英国碳市场的UKA减排碳资产产生于"信用交易机制"(credit-trading)企业通过主动减排行动获得的核证信用额•清洁发展机制CDM项目产生的CER•中国自愿减排项目产生的CCER•国际自愿碳标准VCS项目减排量按收益类型分类伴生性碳资产：如低碳技术同时带来生产成本降低和减排收益单一性碳资产：如仅用于履约的碳配额按体现形式分类实物资产：如节能减排设备无形资产：如碳排放配额、低碳专利碳资产的核心特征（一）：全球性、稀缺性与消耗性CoreCharacteristicsofCarbonAssets:Global,Scarce,andConsumable全球性Global稀缺性Scarce消耗性Consumable全球性温室气体排放对气候的影响具有全球性,无论排放源位于何处,均会对地球生态系统产生直接影响。为遏制全球变暖,国际社会通过《联合国气候变化框架公约》《京都议定书》《巴黎协定》等构建了全球性减排合作机制,碳资产作为减排机制的核心标的物,其交易与管理必然跨越国界。实例：欧盟碳市场与瑞士碳市场的互联互通、跨国化工企业通过CDM在发展中国家投资减排项目稀缺性环境的温室气体承载容量有限。根据IPCC研究,若要实现2℃温控目标,全球剩余碳排放空间已十分有限。随着各国对减排目标的强化,碳排放权成为稀缺资源。稀缺性是碳资产价值的基础,使其成为有价商品——企业既可以通过交易直接获取经济利益,也可以通过消耗碳资产维持生产间接实现价值。实例：化工行业作为高排放领域,碳排放配额的稀缺性随减排力度加大而增强,推动配额价格上升消耗性碳资产的最终用途是被消耗,包括直接消耗和间接抵消消耗两种方式。直接消耗：企业使用配额履行排放义务间接抵消消耗：使用CCER抵消实际排放量尽管碳资产可在市场流通,但最终需被终端用户消耗以实现减排目标。未按期履约将面临罚款等处罚。碳资产的核心特征（二）：投资性与商品属性CoreCharacteristicsofCarbonAssets:InvestmentandCommodityAttributes投资性碳交易市场的发展使碳资产成为投资标的,通过买卖流通产生经济收益。成熟市场及我国全国碳市场为碳资产提供了流通空间,企业可通过多种方式实现资产增值。低买高卖策略利用碳价的季节性波动、政策预期等因素,在价格较低时买入,价格上涨时卖出,赚取差价收益组合配置策略将碳资产纳入企业整体资产组合,通过分散化投资降低风险,实现长期稳健收益长期持有策略通过长期持有预期升值的减排项目资产(如CCER、林业碳汇)获取收益实例：金融机构通过碳基金参与碳资产投资,化工企业利用配额价格季节性波动进行套利商品属性碳资产可在企业、国家或其他主体间买卖交易,具备商品的基本属性。无论是碳排放配额的拍卖转让,还是CCER的挂牌交易,均遵循商品交易的基本规律。商品属性的三大体现1.有用性：能够满足企业排放需求或减排目标2.劳动产品：通过技术改造、节能措施等劳动获得3.可交换性：通过交易满足主体需求,实现价值价格决定因素供需关系政策预期宏观经济减排成本交易模式：我国全国碳市场采用"集中竞价+协议转让"的交易模式,体现了碳资产的商品流通属性碳资产的核心特征（三）：金融属性与权利义务二重性CoreCharacteristics:FinancialAttributesandDualityofRightsandObligations金融属性资金融通功能企业可通过出售、抵押碳资产获得流动性•碳配额质押融资•碳资产证券化•碳回购交易风险管理工具为规避价格波动等风险,衍生出多种金融工具•碳期货•碳期权•碳掉期(互换)与温室气体排放直接相关这是碳资产与一般资产的核心区别。碳资产的价值源于对温室气体排放的控制,其存在、计量与管理均围绕减排目标展开。例如,化工企业的碳资产价值直接取决于其碳排放强度、减排潜力及市场对低碳产品的需求,低碳转型领先的企业可通过碳资产管理获得竞争优势。权利义务二重性以碳排放配额为例,企业获得配额时拥有排放权利,但同时承担着按规定履约的义务。权利：在配额范围内合法排放温室气体义务：在履约期内上缴与实际排放量等额的配额违约处罚：欧盟碳市场对超额排放按每吨100欧元处罚,且需在次年6月底提交改进报告,未履约责任不可豁免碳资产价值的四个维度FourDimensionsofCarbonAssetValue生产要素的资源价值这是碳资产的基础属性。碳排放权作为企业生产经营过程中必需的要素,其消耗直接关系到企业能否合法开展生产活动。控排企业通过持有碳配额满足政府清缴履约要求,避免因超额排放面临罚款,从而保障生产经营的持续性,这种"合规价值"构成了碳资产最基本的经济内涵。金融资源的转让价值体现了碳资产的流通属性。企业可通过在碳交易市场出售富余配额、抵押碳资产获取融资、参与碳资产远期交易等方式实现资产增值。例如,化工企业通过节能技改产生的超额减排量可转化为核证减排信用额(CCER),在市场交易中直接换取经济收益,这种价值形态随碳市场流动性提升而不断强化。特殊资源的附加价值反映了碳资产的衍生效益。持有优质碳资产的企业可能获得政府补贴、优惠信贷政策、绿色债券发行便利等附加收益。在绿色供应链管理中,低碳企业更易获得下游客户的青睐,形成品牌溢价,这种"隐性价值"对企业长期竞争力具有重要影响。生产投入的商品价值凸显了碳资产的产业属性。对于专业碳资产管理公司或新能源企业,碳资产可成为主营业务收入的核心来源。通过开发林业碳汇项目、运营碳金融产品等方式,碳资产从辅助性生产要素转化为直接创造利润的商品,其价值量随市场规模扩大而增长。碳资产价值分类（一）：按价值实现阶段与驱动因素CarbonAssetValueClassification:ByImplementationStageandDrivingFactors按价值实现阶段分类基于项目的碳信用价值可分为三个层次,反映了碳资产从开发到交易的完整价值链。1项目准备期价值项目筛选、谈判签约等前期投入所形成的潜在收益2项目生产期价值资本投入、技术转移、监测计量等过程中形成的增值3项目转化期价值减排量经核证后转化为可交易商品的市场价值化工企业案例：余热回收项目在准备阶段需完成方法学匹配与额外性论证,生产阶段通过设备改造实现减排,最终经核证后产生的CCER可在市场出售,完成三个阶段的完整价值链。按价值驱动因素分类政策驱动型依赖于减排目标、配额分配机制、抵消比例等规制要求实例：全国碳市场中发电行业的配额价值直接受年度减排目标调整影响市场驱动型由供需关系、投机行为、宏观经济周期等因素决定实例：欧盟碳期货价格的波动主要反映市场对未来减排力度的预期价值驱动因素的相互作用政策驱动型价值为碳资产价格提供基础支撑和底线保障,市场驱动型价值则在政策框架内实现价格发现和效率优化。成熟的碳市场中,两类价值驱动因素相互补充,共同推动碳资产价值的高效实现。碳资产价值分类（二）：按价值载体形态与计量方式CarbonAssetValueClassification:ByValueCarrierandMeasurementMethod按价值载体形态分类配额价值产生于"总量控制—交易"机制其价值大小取决于政府设定的排放总量与企业实际排放需求的差额实例：某化工企业年度配额为100万吨,实际排放80万吨时,富余20万吨配额的价值即为市场交易价格与数量的乘积信用价值源于"信用交易"机制其价值与项目减排成本、核证流程复杂度相关实例：林业碳汇项目因周期长、方法学复杂,单位减排量价值通常高于能效项目按价值计量方式分类显性价值表现为碳资产在交易市场中的直接价格,可以精确计量和观察计算实例：某日全国碳市场配额成交价为60元/吨,某企业持有10万吨配额显性价值=60元/吨×10万吨=600万元隐性价值体现为碳资产对企业融资成本、品牌形象、技术升级的间接影响,难以直接观察实例：绿色工厂认证企业可获得的低息贷款,其价值需通过财务模型间接测算价值计量的综合视角在实际管理中,企业应综合考虑碳资产的显性价值和隐性价值,既要关注市场交易带来的直接收益,也要重视碳资产对企业整体竞争力的长期影响,实现碳资产价值的最大化。碳资产定价方法（一）：碳排放权交易机制CarbonAssetPricingMethods:EmissionsTradingMechanism碳排放权交易机制目前应用最广泛的定价工具核心逻辑：总量控制—交易通过市场供求关系形成动态价格,能够灵活反映减排成本差异,实现全社会减排成本最小化。1设定总量上限政府设定一定时期内的排放总量上限2分配配额将总量分解为配额并分配给企业3市场买卖企业根据实际排放需求在市场交易价格影响因素总量松紧度履约周期惩罚力度减排成本市场定价逻辑•配额供给小于需求时,价格上涨•配额供给大于需求时,价格下降•价格高于减排成本时,企业选择自主减排•价格低于减排成本时,企业选择购买配额欧盟碳市场实践通过调整年度配额缩减率(2021年后升至2.2%)调控价格,体现政策对市场的引导作用中国碳市场实践通过设定配额拍卖底价引导价格形成,保障市场稳定运行和减排目标实现碳资产定价方法（二）：碳税与补充方式CarbonAssetPricingMethods:CarbonTaxandSupplementaryApproaches碳税：行政定价工具通过对单位温室气体排放征收固定税额确定碳价,具有确定性高、征管简便的特点。税率设定原则基于温室气体排放的环境损害成本测算,需平衡减排效果与经济影响税率影响•税率过低会削弱减排激励•税率过高可能抑制企业生产国际实践案例芬兰、瑞典等国家通过阶梯式碳税调整,在保障减排效果的同时缓冲对产业的冲击。瑞典碳税发展114€/t截至2023年已达114欧元/吨,是全球最高的碳税水平之一产业保护：对于化工行业等能源密集型产业,部分国家采用碳税减免政策以避免产业转移,体现了"效率与公平"的平衡三类补充定价方式基于成果的融资(RBF)以核证减排量为支付依据,其定价与减排量核证结果直接挂钩减少毁林和森林退化(REDD)通过核算森林固碳量确定价值,热带森林国家通过保护林地产生的碳汇可在自愿市场交易自愿碳抵消市场由企业或个人出于碳中和目标购买减排量,其定价受项目额外性、核证标准影响化工企业碳资产管理体系建设（一）：碳资产核算CarbonAssetManagementSystemforChemicalEnterprises:Accounting碳资产核算的核心地位化工企业碳资产管理的基础环节纳入全国统一碳市场的石化与化工企业,准确的碳资产核算尤为重要。其核心包括企业自身碳排放量的核算以及核证减排量的核算,是制定碳资产管理策略、开展碳交易、履行履约义务的基础。企业自身碳排放量核算需依据相关标准和规范,对企业生产过程中的各个环节所产生的碳排放进行全面统计和计算。核算范围•原材料采购•生产加工•产品运输•其他运营环节化工企业特殊要求对于化工企业中常见的化学反应过程,要精确计算反应过程中的能源消耗所对应的碳排放。例如,合成氨企业需同时监测原料消耗、能源消耗及工艺排放。核证减排量核算若企业开展了相关减排项目,需按照特定方法对该项目所实现的减排量进行核算和认证。适用项目类型•余热回收装置建设•节能技改项目•可再生能源替代•CCUS技术应用核算要求需按照生态环境部发布的温室气体自愿减排项目方法学进行核算,确保减排量的真实性、可测量性和额外性,经第三方机构核证后方可成为可交易的CCER。核算的重要性准确的碳资产核算是化工企业制定科学碳管理策略、降低履约成本、实现碳资产增值的基础。企业应建立完善的碳排放监测体系(MRV),确保数据的准确性、完整性和可追溯性,为参与碳交易、开发碳金融工具提供可靠依据。化工企业碳资产管理体系建设（二）：制定策略与交易履约CarbonAssetManagement:StrategyDevelopmentandTradingCompliance制定碳资产管理策略企业应根据自身碳排放情况和发展战略,制定科学合理的碳资产管理策略,实现成本最小化和收益最大化。高排放企业策略对于碳排放较高且短期内难以大幅降低的企业,可考虑在碳市场上适当购买碳配额,以满足履约需求。同时应积极规划长期减排措施,逐步降低碳强度。低排放企业策略对于积极开展减排行动、有较多核证减排量的企业,则可将多余的减排量在市场上出售,获取经济收益。这既能激励企业持续减排,又能形成良性循环。动态调整策略企业还应关注碳市场动态,合理调整碳资产管理策略。当碳价预期上涨时,可提前储备一定数量的碳配额;当碳价下跌时,可适当出售部分碳资产。碳交易与履约目前,我国已有众多石化与化工企业被纳入全国碳市场。这些企业应按时积极履行全国碳市场碳配额(CEA)的履约义务。交易准备•充分了解碳市场交易规则和流程•选择合适的交易时机和方式•建立专业的交易团队或委托专业机构风险管理工具企业可通过参与碳期货、碳期权等衍生产品交易,进行风险管理和套期保值。例如,某化工企业预计未来碳价将大幅波动,可通过买入碳期货合约锁定碳成本,避免因碳价上涨带来的经济损失。合规性要求企业要确保碳交易的合规性,严格按照相关法规和政策要求进行操作,及时完成配额清缴,避免违约风险。策略与交易的协同碳资产管理策略的制定需要与碳交易实践紧密结合。企业应根据市场变化和自身排放情况,灵活调整策略,既要保障履约,又要最大化碳资产价值。同时,应建立完善的风险管理体系,确保在复杂的市场环境中做出科学决策。化工企业碳资产管理体系建设（三）：碳金融参与CarbonAssetManagement:ParticipationinCarbonFinance碳金融：企业碳资产管理的新途径碳金融作为与限制温室气体排放相关联的金融活动,为石化与化工企业碳资产管理提供了新的途径。通过碳金融工具,企业可以盘活碳资产、拓宽融资渠道、降低减排成本,实现经济效益与环境效益的双赢。融资方式一：碳资产质押贷款企业以其拥有的碳资产作为质押,向银行申请贷款,用于节能减排项目建设和技术研发。案例：某石化企业以其拥有的碳资产作为质押,向银行申请贷款,用于建设二氧化碳捕集与封存(CCUS)项目,既盘活了碳资产,又推进了低碳技术应用。融资方式二：发行绿色债券通过发行绿色债券募集专项资金,投向具有明确碳减排效益的项目,如清洁能源、节能技改等。优势：绿色债券通常享有较低的利率和更长的期限,为企业低碳转型提供长期稳定的资金支持,同时还能提升企业的绿色形象。碳基金投资企业还可参与碳基金投资,分享碳市场发展带来的收益。投资方向•专注于绿色能源的基金•节能减排技术研发基金•碳资产交易型基金投资意义•获取碳市场投资收益•分散企业经营风险•间接推动行业低碳转型化工企业碳资产管理体系建设（四）：信息系统与人才培养CarbonAssetManagement:InformationSystemsandTalentDevelopment信息系统建设建设以云平台为核心的一体化低碳云服务体系,对企业碳资产管理意义重大。低碳云服务体系实现低碳项目开发、申报、撮合及交割等全业务流程上云及数据自动化处理碳减排项目开发交易碳普惠工作赋能新型方法学应用在线交易创新能源低碳综合管理云平台•开展三级能耗监测(班组、车间、企业)•环境权益功能(碳资产、绿证等)•大数据可视化业务•企业专属服务平台平台功能能耗监测、能耗概览、能耗分析、自动核算损耗、对比分析、生成用能报告等,帮助企业发现工业能耗过程中的主要问题,提供改善方向和建议。人才培养与能力建设石化与化工企业应加强碳资产管理与交易方面的人才培养,提升员工在该领域的专业素养。培训取证途径(三类)①国内主流碳排放权交易机构组织②国家及地方生态环境主管部门、国家标准化管理相关机构③行业内权威认证机构、环境科学领域专业学会及国家级应对气候变化研究机构典型证书•"碳资产管理"培训证书(人社部教培中心颁发)•"国家核证自愿减排量开发与交易"培训证书团队建设意义企业组建专业的碳资产管理人才团队,能够更高效地应对碳市场的复杂变化,科学制定并落地执行有效的碳资产管理策略,提升企业整体竞争力。化工企业碳资产管理体系建设（五）：开发项目与加强合作CarbonAssetManagement:ProjectDevelopmentandCooperation开发碳减排项目企业可积极开发各类碳减排项目,实现碳减排CCER、UER等的价值创造,为企业带来额外收益。造林碳汇项目基于生态环境部公布的温室气体自愿减排项目方法学《造林碳汇(CCER-14-001-V01)》《温室红树林营造(CCER-14-002-V01)》,加大造林碳汇项目开发力度UER开发项目探索德国上游减排量交易机制(UER)开发项目,拓展光伏、风电、地热(余热)、光热等绿色能源应用CCUS技术应用CCUS技术在石化与化工企业中具有巨大潜力,可实现驱油增产、埋存减碳,建立二氧化碳化工利用示范装置典型案例新疆油田风城重32锅炉生物质掺烧工程,利用生物质掺烧产生的热能作为稠油开采热源,替代煤炭、天然气,成为新疆油田首个碳资产开发项目。加强合作与交流石化化工企业应加强与国内外能源化工公司和科研机构在绿色低碳技术研发、标准制定、成果转化和示范项目等方面的交流合作。技术合作与国内外先进企业合作,共同开展碳捕集与利用、低碳工艺、清洁能源等技术的研发与应用标准制定参与行业、国家乃至国际碳资产管理相关标准的制定,提升企业在碳管理领域的话语权和影响力"一带一路"合作积极参与"一带一路"沿线国家绿色基建、绿色能源等领域项目建设,发挥碳达峰、碳中和等相关议题在国内外交流合作中的作用合作意义通过合作与交流,企业能够学习借鉴先进的碳管理经验和技术,提升自身碳资产管理水平,推动树立绿色洁净的企业形象,为中国参与全球气候治理提供企业实践。6.2碳排放权交易碳排放权交易的概念、原理与机制交易概念基本原理交易机制行业影响碳排放权的概念与分类ConceptandClassificationofCarbonEmissionRights概念起源与发展碳排放权一词起源于排污权,由国内学者于1997年首次提出。从广义上讲,是指主体向大气排放二氧化碳等温室气体的权利,其涵盖范围广泛,性质因理论和实践活动涉及领域的不同呈现出多元化特征。两类不同含义1气候变化国际法下的发展权以可持续发展、共同但有区别以及公平正义原则为基础,代表着人权下的发展权,是为满足一国及其国民基本生活和发展的需要,而向大气排放温室气体的权利。性质：这种权利是道德权利,而非严格的法律权利2碳交易制度下的排放权本质是对环境容量的限量使用权,是指权利主体为生存和发展需要,由自然或者法律所赋予的向大气排放温室气体的权利。性质：这种权利实质上是权利主体获取的一定数量的气候环境资源使用权,具有具体的法律、经济和财务性质我国的定义演进2014年定义《碳排放权交易管理暂行办法》："依法取得的向大气排放温室气体的权利",但并未明确指出依据什么法律条例。2021年定义《碳排放权交易管理办法(试行)》第四十二条规定："分配给重点排放单位的规定时期内的碳排放额度"。广义与狭义狭义定义：碳排放总量控制与交易制度下的碳排放权(emissionright)、排放配额(emissionquota)或排放许可(emissionallowance)广义定义：还包括基于项目的减排量或碳信用碳排放配额的概念与属性ConceptandAttributesofCarbonEmissionAllowances碳排放配额的定义碳排放配额是碳排放权的凭证和载体。配额在《辞海》中的解释为分配的数额,一般是指由政府等权力主体为了实现某领域特定的管理目的,对特定活动进行约束所创设的量化的管理工具。碳排放配额,是政府分配给控排企业指定时期内的碳排放额度,1单位配额相当于1吨二氧化碳当量。碳配额具有商品的基本属性,可以开展交易。有用性碳排放配额是一种有用的物品,能够满足他人或社会消费的需要。•企业获得配额即拥有排放相应数量CO₂的权利•有助于降低国家和地区CO₂排放•促进节能减排,获得更优质的自然环境劳动产品碳排放配额是劳动产品,通过创新碳减排技术、开展碳减排活动获得。只有付出复杂的劳动,才能使技术得到改进。凝结在碳排放额度中的人类一般劳动就是其价值的表现。可交换性碳排放配额可以进行交换,通过交换能满足相应主体的需要。•确定总量目标并分配配额后,企业间可开展交易•体现配额的交换性及交换价值•通过市场化手段优化资源配置碳排放权交易的概念与起源ConceptandOriginofCarbonEmissionsTrading历史起源1968美国经济学家戴尔斯首先提出"排放权交易"概念,即建立合法的污染物排放的权利,将其通过排放许可证的形式表现出来,使得环境资源可以像商品一样买卖1992《联合国气候变化框架公约》通过,为国际碳排放权交易奠定了法律基础1997《京都议定书》把二氧化碳排放权作为一种商品,形成了二氧化碳排放权的交易,为碳市场的发展提供了制度框架我国官方定义2021年《碳排放权交易管理办法(试行)》第22条中规定,全国碳排放权交易机构应当"发挥全国碳排放权交易市场引导温室气体减排的作用"。教材定义：碳排放权交易是为促进全球温室气体减排,减少全球二氧化碳排放所采用的市场机制;主要指碳排放配额交易,没有特指,都不包含基于项目的减排量交易。核心机理碳排放权交易的核心机理是通过市场化手段实现减排目标,具体包括以下关键环节：1设定排放总量目标,确立排放权的稀缺性2依托有效的MRV体系,实现供需信息的公开化3依托公平可靠的交易平台、灵活高效的交易机制实现碳排放权的商品化4通过金融机构参与提供流动性,发挥市场配置资源的效率优势碳排放权交易的核心机理与分类CoreMechanismandClassificationofCarbonEmissionsTrading核心机理：市场化减排机制通过设定排放总量目标,确立排放权的稀缺性,通过无偿或者有偿的方式分配排放权配额(一级市场),依托有效的监测报告核查(MRV)体系,实现供需信息的公开化,依托公平可靠的交易平台、灵活高效的交易机制(二级市场)实现碳排放权的商品化,通过金融机构的参与为市场提供充足的流动性,发挥市场配置资源的效率优势,降低减排成本。碳排放权交易制度建立在总量控制的基础之上,通过充分发挥市场机制的作用来控制温室气体的排放,在减少温室气体排放的同时能够有效降低减排成本。按交易标的分类配额现货交易以配额的现货作为标的的交易,交易完成即发生配额权属的转移远期合约交易以未来履行交付配额的合约为标的的交易,交易完成即发生合约权属的转移期货交易以格式合约为标的的交易,本质是一种远期合约交易,但具有固定的交易场所和标准化的交易标的物其他分类维度按交易方式•电子竞价交易：根据时间优先、价格优先原则•协议转让：双方自主协商价格和数量按交易目的•履约性交易：为履行清缴义务•投资性交易：为投资目的按交易场所•场内交易：在交易所内进行•场外交易：在交易所外进行碳排放权交易的核心术语KeyTerminologyinCarbonEmissionsTrading碳信用(CarbonCredit)通过国际组织、独立第三方机构或者政府确认的,一个地区或企业以减少的碳排放量,并可以进入碳市场交易的排放计量单位。碳配额与碳信用的差异•包含权利：配额包含可排放量,碳信用是减少的排放量•产生方式：配额由政府发放,碳信用事后核证产生•交易目的：配额用于履约,碳信用用于社会责任•交易系统：配额在ETS交易,碳信用在ETS和自愿市场均可交易碳税(CarbonTax)对碳排放所征收的税,按照化石燃料燃烧后的温室气体排放量进行征收。与总量控制和排放交易机制不同,征收碳税只需要额外增加非常少的管理成本就可以实现。二氧化碳当量用于比较不同温室气体排放的量度单位,将多种温室气体的排放量折算为相当于二氧化碳的量,便于统一比较和计算。温室气体重点排放单位定义：全国碳排放权交易市场覆盖行业内年度温室气体排放量达到2.6万吨二氧化碳当量(综合能源消费量约1万吨标准煤)及以上的企业或者其他经济组织。这类单位需要控制温室气体排放,报告碳排放数据,清缴碳排放配额,公开交易等信息并接受监管,是碳排放权交易体系中的核心参与主体。在石化、化工、建材、钢铁等重点排放行业中,此类单位的总排放量占到工业部门碳排放的75%以上。碳排放权交易的基本原理（一）：科斯定理与外部性理论BasicPrinciplesofCarbonEmissionsTrading:CoaseTheoremandExternalityTheory科斯定理核心观点：在财产权明确且交易成本为零或极低的情况下,无论初始财产权赋予哪一方,市场主体通过谈判均可实现资源的最优配置,即帕累托最优。在碳交易中的应用通过明确碳排放权的产权归属(如政府将排放配额分配给企业),使原本属于公共资源的大气环境容量成为可界定、可交易的权利。•减排成本低的企业可超额减排并出售剩余配额•减排成本高的企业可购买配额以降低履约成本•自由交易最终实现全社会减排成本的最小化化工企业案例：某煤化工企业通过技术改造可低成本实现减排,而另一石化企业减排成本较高,前者出售配额给后者的交易,既降低了全行业减排成本,又保障了减排目标的实现。外部性理论核心观点：经济活动的外部性指未被反映在产品价格中的副产品或副作用。温室气体排放具有典型的负外部性——企业排放行为导致的全球气候变化负面影响未完全纳入企业生产成本。碳交易中的解决方案碳排放权交易通过将温室气体排放的外部成本内部化解决这一问题：•政府设定排放总量上限,企业需通过购买配额弥补排放缺口•使排放成本成为生产决策的一部分•企业减排行为产生的环境改善可通过出售配额转化为经济收益•激励企业主动减排,实现社会福利的提升化工企业案例：合成氨装置通过节能改造减少排放,节省的配额出售收益可覆盖改造成本,同时减少了对环境的负面影响,实现私人收益与社会收益的统一。碳排放权交易的基本原理（二）：比较优势与产权经济学理论BasicPrinciples:ComparativeAdvantageandPropertyRightsEconomicsTheory比较优势理论核心观点：不同主体在生产同种商品时存在成本差异,应专注于生产优势较大或劣势较小的商品,通过交换实现总产出增加。在减排领域的应用这一理论同样适用于温室气体减排领域：不同企业、行业或国家的减排成本存在显著差异。•采用传统工艺的企业减排成本可能远高于采用先进技术的企业•减排成本低的主体超额完成减排任务,将剩余配额出售给减排成本高的主体•使全社会以更低总成本实现减排目标化工企业案例：某化工企业通过优化合成工艺可低成本减少100吨CO₂排放,而另一企业需高成本才能实现同等减排,前者出售配额给后者的交易,既降低了整体减排成本,又保障了减排目标的实现。产权经济学理论核心观点：明确的产权界定是市场有效运行的前提。通过政府对排放总量的控制和配额的初始分配,将原本模糊的"大气环境容量使用权"转化为具有明确归属的产权。市场价格信号的引导作用•当碳价上升时,企业更倾向于投资减排技术以减少配额购买•当碳价较低时,购买配额可能成为更经济的选择•产权明晰化和市场化配置,既保障减排目标的刚性,又提高资源配置效率化工企业案例：某精细化工企业在碳价高企时,优先选择升级反应釜能效设备以减少排放,而非直接购买配额,实现了减排与成本控制的平衡。碳排放权交易的主要机制（一）：强制交易市场机制MainMechanismsofCarbonEmissionsTrading:MandatoryMarket强制机制：以《京都议定书》为法律框架强制机制主要服务于缔约方的减排义务履行,包括清洁发展机制(CDM)、联合履行机制(JI)和国际排放贸易机制(ET)三种。这三种机制共同构成了《京都议定书》下的国际碳市场体系,为发达国家履行减排义务提供了灵活的市场化路径。清洁发展机制CDM适用范围：发达国家(附件一国家)与发展中国家(非附件一国家)之间的项目合作