中國為達成應對氣候變化《巴黎協定》作出重要貢獻，也是落實《巴黎協定》的積極踐行者。今年9月，我宣布中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，力爭2030年前二氧化碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。


地球碳循環

以前總提碳排放，現在升級到談碳中和了，就是要控制排放二氧化碳CO₂的量與自然界吸收的CO₂量相等，人類活動不額外增加大氣中CO₂的存量。

碳元素按重量算，占地球的千分之四。不過碳不是埋藏不動的，而是動態循環起來的。

自然界碳循環的基本過程包括：

• 大氣中的CO₂被陸地和海洋中的植物吸收，然后通過生物或地質過程以及人類活動，又以二氧化碳的形式返回大氣中。
• 綠色植物從空氣中獲得CO₂，經過光合作用轉化為葡萄糖，再合成為植物體的碳化合物，經過食物鏈的傳遞，成為動物體的碳化合物。
• 植物和動物的呼吸作用把攝入體內的一部分碳轉化為CO₂釋放入大氣，另一部分則構成生物的機體或在機體內貯存。
• 動植物死后，殘體中的碳通過微生物的分解作用也成為CO₂而最終排入大氣。
• 一部分（約千分之一）動植物殘體在被分解之前即被沉積物所掩埋而成為有機沉積物。這些沉積物經過悠長的年代，在熱能和壓力作用下轉變成礦物燃料──煤、石油和天然氣等。當它們在風化過程中或作為燃料燃燒時，其中的碳氧化成為CO₂排入大氣。
• CO₂可由大氣進入海水，也可由海水進入大氣。這種交換發生在氣和水的界面處，由于風和波浪的作用而加強。這兩個方向流動的CO₂量大致相等，大氣中CO₂量增多或減少，海洋吸收的CO₂量也隨之增多或減少。

大氣圈中約儲碳7550億噸，海洋中儲碳39萬億噸，地球上植物的光合作用每年吸收碳1100億噸，但也會由植物和土壤的呼吸作用將等量的碳還回大氣圈。

1990年時人類每年燃燒化石能源向大氣中排放碳60億噸。相對于無論是大氣、土地、海洋中碳的存量，還是每年大氣、海洋、生物圈之間交換的碳的流動量，這個數字其實都顯得非常不起眼。似乎無論是哪一方，稍微消納一下，人類活動排放這點兒碳都無足輕重。

地球確實有自我平衡的能力，比如大氣中的CO₂濃度如果提高，會促進植物光合作用的發生，增加地球植被的覆蓋，更多的吸收大氣中的CO₂，使碳循環重歸平衡。

然而再平衡是需要時間的，人類額外排放的碳雖然每年總量不多，但架不住一直排呀，累積起來還是不容忽視。

人類活動碳排放

人類活動造成的額外碳排放主要包括化石燃料釋放CO₂、生產水泥釋放石灰石中的CO₂和毀林造田釋放土壤中的CO₂。

化石燃料燃燒和水泥生產每年排碳從1960年的25億噸增長到2014年的98億噸，增長從未停止。而毀林造田造成的碳排放在減小，從1960年的15億噸減少到2014年的11億噸。

這些人類的排放的碳在地球碳循環中何處去了呢？

人類排放的這些碳由于碳循環的作用，沉積在大氣圈、陸地和海洋中。相比于1960年，陸地和海洋每年沉積的碳在持續增長，但增速較低。每年留存于大氣圈中的碳不斷增加，1960年大氣沉積了20億噸碳，2014年增加至39億噸。

可見如上文所說，地球在努力的再平衡，但是每年人類的排放總在增長，每年欠債差額在不斷累積。

大氣中碳濃度增加

十八世紀后半期工業革命爆發之后，人類造成的碳排放急速增加，上圖的左軸和紅點，到今天已經每年排碳超過100億噸。

自然界碳循環中額外的這部分排放，一部分被陸地和海洋吸收，另一部分在大氣圈中逐漸累積增多。上圖的右軸和藍點。大氣中的CO₂濃度已經由工業革命前的不到300 PPM上升到今天的400 PPM。

人類活動的碳排放使大氣中CO₂濃度的升高幅度，確實已經是不能忽視的量級了。

溫室效應？

全世界關注大氣中CO₂濃度的升高，是因為擔心溫室效應。

當然，學界也存在分歧，人類的工業革命至今不到兩百年，但在地球的地質年代中只是滄海一粟。

不要說工業革命，人類的文明也不超過一萬年。而在過去50萬年里，地球就經歷過4次顯著的升溫和氣溫回落。彼時尼安德特人肯定沒有大規模的碳排放。

今天我們觀察到的碳排放增加、大氣CO₂濃度提高與全球升溫是否有必然的因果關系，還是只是同時發生的不相關事件，尚有爭論。當然，目前全球已經幾乎一致認可朝著降低CO₂排放的方向共同努力。

碳中和目標對化工的影響

我國若以2060碳中和為目標去努力，無疑對于化石能源的使用量要有激進的逐年削減指標。

化石能源當然指的是煤、石油、天然氣，全球這三種資源中的絕大部分都是作為能源消耗掉了。而另外那一小部分，則是化工的基石。

化工是將碳、磷、鉀、氟、鈦、硅等元素加工為材料，其中絕大部分是用碳?；?、農藥、化纖、塑料、橡膠、涂料的分子鏈都是以碳為基礎的。

在能源用途中，尚有水力、核能、光伏、風能等能源去替代化石能源；但在材料用途中，并沒有元素能代替碳，仍要依賴這些化石來提供碳源。此處就產生問題了，化石中的碳變成了材料中的碳，是否構成碳排放？是否需要承擔減排的責任？

我們舉兩個化工品的例子來分析：

煤制烯烴

乙烯和丙烯是全球生產和消費量最大的基礎化工產品中排名第一和第二位的產品。聚乙烯和聚丙烯是最常見的塑料原料，全球每年合計需求兩億噸，是唯一以億噸計的化工產品。

烯烴可以用三種路線生產，石油裂解、煤制烯烴和頁巖氣副產的烷烴脫氫。由于我國富集煤炭資源、缺乏油氣資源，全球范圍內只有我國在烯烴生產中相當一部分份額是煤制烯烴路線。

我們對煤制烯烴的碳排放做個簡單計算：

• 1.5噸煤生產1噸甲醇（僅原料煤，包含燃料煤則2.5噸煤生產1噸甲醇）
• 3噸甲醇生產1噸烯烴
• 則4.5噸煤生產1噸烯烴
• 甲醇制烯烴得到乙烯和丙烯接近1:1的混合物
• 乙烯分子式為CH₂=CH₂，含碳為86%
• 丙烯分子式CH₂=CH-CH₃，含碳為86%
• 則1噸烯烴中含碳0.86噸
• 粗略的計算4.5噸煤中含碳4噸

則每生產1噸產品烯烴，使用4噸原料碳，其中有0.86噸留在了產品中，有3.14噸碳生成了11.5噸CO₂排放到了大氣中。

然而石油裂解路線生產1噸烯烴排放CO₂約為3噸，而烷烴脫氫路線生產1噸烯烴排放CO₂約為2噸。

可見，如果我們的生活離不開塑料、涂料、藥品、化纖，我們必須要用碳構成烯烴的話，那么這個碳的來源如果是油氣，則碳排放將比煤制烯烴路線低得多。

電石法聚氯乙烯

聚氯乙烯也是一種常用的塑料原料，主要用來生產塑鋼門窗、下水管材、塑料包裝袋、地板革，我國每年1700萬噸的消費量也是排名前茅的塑料品種。

聚氯乙烯也有兩種生產路線，一是石油乙烯法，就是利用上面說的石油裂解得到的乙烯為原料進行生產；二是電石乙炔法，這條路線同樣是依托我國煤炭為主的資源稟賦的，占我國聚氯乙烯產能的80%以上。

看看電石乙炔法生產聚氯乙烯有多少碳排放：

• 石灰石（碳酸鈣CaCO₃）煅燒得到生石灰CaO，排放掉CO₂
• CaO和焦炭一起通電熔融得到電石CaC₂，每噸電石需要用電3800度
• 1.5噸電石再加550度電生產1噸聚氯乙烯
• 1噸標煤發電大約2800度

計算下來電石乙炔法路線生產聚氯乙烯，雖然把大部分碳留在了產品里，但是能耗高，生產1噸聚氯乙烯綜合排放CO₂大約6.5噸。遠高于石油乙烯路線。

雖然化工使用化石作為原料把碳固化在產品中，但不可避免的也產生碳排放，并且輕質原料（油氣）與重質原料（煤炭）路線的碳排放量差異明顯。煤炭路線排放到大氣中的碳甚至遠遠超過了固化在產品中的碳。在碳中和目標下，煤化工將感受到壓力。

實際上，在核心鄭重承諾碳中和的不到5個月前，今年7月還在企業家座談會上發表過重要講話，首次提出：“在當前保護主義上升、世界經濟低迷、全球市場萎縮的外部環境下，我們必須集中力量辦好自己的事，充分發揮國內超大規模市場優勢，逐步形成以國內大循環為主體、國內國際雙循環相互促進的新發展格局，提升產業鏈供應鏈現代化水平，大力推動科技創新，加快關鍵核心技術攻關，打造未來發展新優勢。”
內循環的發展格局下，化工行業的上游原料端應以側重我國的煤炭資源稟賦為主。而承諾碳中和無疑是為了承擔大國責任，更好的融入國際社會。兩個方向應該是辯證統一的吧。

可再生材料的風口

即便是使用低碳排放水平的石油化工路線來生產的塑料制品，在生產時，盡量將碳固化在產品中了，然而在產品使用之后，又面臨新的環保要求了——可降解。此時發現，可降解塑料要么不能徹底降解構成污染，要么徹底降解，高分子碳鏈分解成獨立的CO₂進入大氣了……

更完美的解決方案無疑就是可再生材料了，不再依托不可再生的化石為碳源，而是以可再生的植物為碳源。植物的碳來自通過光合作用固化大氣中的碳。因此植物基的可再生材料即便最終降解、或者焚燒處理了，也沒有額外增加碳排放。

這個領域的探路者，不僅是國內，而是國際領先的探路者，無疑就是凱賽生物了。本文不再詳述了，可以參考之前的文章《凱賽生物的打開方式，生物材料的星辰大?！?。

凱賽生物以玉米為原料，以適當的菌種進行發酵，將玉米淀粉中的葡萄糖分解。葡萄糖是6個碳的鏈狀分子。其中1個碳變成CO₂，釋放能量，獎勵給出工出力的細菌。剩下的5個碳變成戊二胺。

戊二胺下一步作為重要原料，生產出各類聚酰胺（尼龍）。無論是拉絲作為服裝纖維，還是切片作為工程塑料，下游有著廣泛的應用空間。

生物化工將傳統的化工反應塔微縮到細菌體內，由細菌工廠完成所需的化學反應，將原料變成產品。而菌種的設計、編輯、篩選、培養則是核心科技。2020年的諾貝爾化學獎就是頒給兩位研究細菌基因剪刀的科學家?？梢娺@個領域是化工皇冠上的明珠了。

凱賽生物布局山西生物材料產業園

凱賽生物變更募投項目山東金鄉基地4萬噸/年生物法癸二酸項目到山西實施，目前正在進行4萬噸生物法癸二酸項目的啟動準備工作，預計2022年能產出產品。山西的年產50萬噸生物基戊二胺項目、年產90萬噸生物基聚酰胺項目將會與下游產業鏈配套項目一起規劃。?

山西省決定由山西轉型綜合改革示范區管委會建設的合成生物材料產業園，將依托凱賽生物以農產品和精細煤化工產品為原料，以“生物基戊二胺”、“長鏈二元酸”等單體材料為核心，吸引生物材料上下游企業，建設生物材料產業集群，助力山西省產業轉型升級。?

根據凱賽生物與山西綜改區簽署的合作協議，山西政府在以下幾個方面對合成生物產業園項目給予支持：?

• 給予合成生物產業園項目有競爭力的能源價格，例如電、蒸汽等；
• 綜改區政府負責產業園的基礎設施配套，包括熱電、水處理、道路、專用鐵路線等配套設施；?
• 對研發機構給予資助，山西三級政府將共同支持15億元人民幣資金，用于研發機構的建設和運營，研發機構由公司負責管理和運營，研發成果優先在產業園和山西省境內使用、轉化；?
• 山西省及綜改區政府在產業園規劃合成生物產業集群，在全國范圍招商引進生物基聚酰胺、長鏈二元酸和生物基戊二胺在各領域的相關下游配套項目；?
• 長期規劃利用國外低價格的農作物作為生物基戊二胺的工業原料使用，山西省相關政府部門對實現這一規劃給予政策指導和協助；?
• 對生物基新材料的推廣使用給予支持。

山西省為何要不遺余力的支持以凱賽生物為核心構建千億級生物材料產業集群？這種決心的執行力和持續性將如何？

在全國人民的印象中，山西的標簽除了醋，就要算煤炭了。山西是傳統煤炭大省，也正因為如此，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決心。碳中和的目標已定，從化石能源到可再生的轉型時不我待。