2012年12月，我国第一台近零排放的265兆瓦IGCC(整体煤气化联合循环)示范电厂在天津正式发电，标志着我国规模化减排二氧化碳技术与行动取得重要突破。在当前气候变化问题日益严峻的国际背景下，此举对于我国积极应对气候变化、实施节能减排具有里程碑式的意义。
全球性减排行动迫在眉睫
国际社会普遍认为，摄氏2度温升是气候变化危险能够控制在一定范围内的极限门槛。据《自然》杂志近期发表的一篇题为“全球控制摄氏2度温升所面临的挑战”的文章指出，到2050年，若想维持全球2度温升，必须要有一场全球范围的重大技术、社会、政治变革与创新，未来世界对负碳技术的渴求会变得越来越强烈，且必须充分考虑各种低碳及负碳技术从开发到应用的时间延迟。启动全球性的大规模协调一致的减排行动迫在眉睫，否则控制摄氏2度温升目标根本无法实现。
从国内外各研究机构对我国中长期能源发展预测的结果来看，2050年化石能源需求预测将近35亿吨标煤，若要实现与全球同步的2度温升控制排放，届时二氧化碳总排放量应控制在40亿吨左右。显然预测的能耗与排放数据极不匹配，未来我国将不得不面临巨大的负排放压力。当然，世界其他国家也会面临这种类似情形。如果世界各国目前还不能采取积极的大规模减排行动的话，恐怕低碳以及零碳技术都将无法解决全球期待的摄氏2度温升控制问题，唯有负碳技术，负碳产业、负碳经济的出现方可为挽救全球气候带来一线希望。
采用BECCS路线实现负碳效应有阻力
实现“负碳”过程，除了要求“吸纳”并消除本身过程中产生的全部二氧化碳外，还需额外消耗一定的二氧化碳。以负碳技术、负碳经济为特征的“负碳时代”是否可能在未来近30年内到来呢？随着今后科学发展与技术进步的加快，我们认为负碳产业经济的产生一定不会是遥远的梦想。
事实上，尽早实现负碳产业和负碳经济的关键点在于通过系统技术创新，使整个循环系统既能实现“正能量输出”、“正效益获得”、还能实现“负碳排放”。实现负碳产业和负碳经济的方式多种多样，它给农业能源、绿化沙漠治理、旅游产业、可再生能源技术等领域会带来许多新的发展机遇。目前国际上已有采用BECCS(生物质发电联合碳捕集封存)技术路线的方法以实现负碳排放的设想。实际上，BECCS路线中的BE(生物质发电)过程虽然具有良好的碳吸收效应，但这一过程从全寿命周期来讲仍然还是个正的净耗能过程。已有研究对25兆瓦规模的生物质发电厂的全寿命周期的能耗与排放进行过计算，结果显示每发1千度电，对应的二氧化碳净排放量是166.8公斤，碳循环为1506.9公斤，碳回收率为90%。虽然CCS(碳捕集封存)被认为是未来减少二氧化碳排放、缓解温室效应重要方法。
然而，受能耗、安全以及经济成本等因素影响，目前CCS技术推广受到各种限制。由此，目前采用BECCS(生物质发电联合碳捕集封存)路线来实现负碳效应也会遇到一定的阻力。
全新负减排BECU技术路线
在此，我们提出一条全新的具有全过程成本效益的负减排BECU(生物质发电联合非捕集直接矿化利用)技术路线。这条路线是由“碳吸收”、“碳减排”、“碳利用”三部分构成的一个负碳产业经济体，植树造林实现“碳吸收”、现代生物质发电实现“碳减排”，吸收烟气中的二氧化碳并直接矿化利用。实现“碳利用”。这个产业链是把二氧化碳作为原料，产出植物、能源、高附加值的化工产品，最终实现能源输出、经济效益、负碳效应的三赢。
这条技术路线的独特之处在于CU(非捕集直接矿化利用)部分采用了特殊的二氧化碳矿化工艺办法，即利用生物质发电厂排放的低浓度烟气直接进行二氧化碳吸收矿化利用。
BECU技术路线的核心是把低浓度二氧化碳直接吸收矿化利用，同时联产高附加值的化工产品，可省去二氧化碳的捕集过程，突破了以往碳捕集过程的成本制约和能耗制约。例如利用氯化镁矿化二氧化碳联产盐酸和碳酸镁技术路线、固废磷石膏矿化二氧化碳联产硫基复合肥技术路线、利用钾长石或钙钛矿矿化二氧化碳的三条技术均是我们通过实验研究后发现具有工业化和商业化前景的二氧化碳矿化发展路线。因此，以BECU为主攻方向不断探索和开发利用天然矿石矿化二氧化碳，同时联产高附加值的化工产品是切实可行的未来实现规模化、商业化利用二氧化碳的新办法。
仍然以25兆瓦规模的生物质发电厂的全寿命周期的能耗与排放数据为例，我们通过计算发现，如果联合非捕集直接矿化利用技术，做到消化每吨二氧化碳耗电低于800度的话，基本可以实现整个系统的负碳循环。目前，我们实验室得出的耗电指标值已达到了消化每吨二氧化碳耗电333度至788度的水平。
“负碳”理念在中国已悄然变为行动
如果说，低碳经济、零碳经济是一个量变的过程，那么，负碳经济就是一种质变的飞跃，或将引发一场全球性的应对气候变化行动的新革命。目前“负碳”理念在中国已悄然变为行动。中国农业科学院油料所经过科技攻关，已经掌握了将菜油加工转化为生物柴油的技术，据估算，如果将我国南方的4亿亩冬闲田种上油菜，然后转化为生物柴油，即可相当于再造一个永不枯竭的“绿色大庆”。在西部沙漠，一个以植树造林治理沙漠实现“碳吸收”，生物质发电实现“碳减排”，利用烟气生产螺旋藻实现“碳捕集”负碳项目正在进行之中。目前在我国广东省潮州市正在建设中国首座“负碳实验城”-普天(潮州)生物环保城，它已成为中国首个负碳经济示范区。我国最大的煤炭生产商神华集团提出的煤基近零排放技术路线已对外发布。所有这些行动对以用煤为主的中国今后实现大规模二氧化碳减排、迈向“负碳”时代有着十分重要的建设意义。
“负碳”正在向我们走来。伴随着科学技术的发展，实现“负碳中国”、“负碳地球”不是不可能的。
（作者简介：谢和平，中国工程院院士、四川大学校长；刘虹，国家发改委能源研究所副研究员。）
