NDC系列简报：中国含氟温室气体减排努力和前景展望

1.作为“超级温室气体”的含氟温室气体 世界气象组织《2023全球气候状况》报告显示，2023年是有记录以来最暖的一年，全球近地表平均温度比工业化前约高出1.45（±0.12）℃，迫近《巴黎协定》的1.5℃红线1。随着气候变化加剧，采取更具雄心的应对气候变化行动刻不容缓。 《 京 都 议 定 书》所管 控的含 氟温室气体包 括氢氟碳 化物（HFCs）、全氟化碳（PFCs）、 六氟 化硫（SF6）和三 氟化氮 （NF3）2。由于这 些气体具有高升温潜势（Global Warming Potential, GWP），虽然它们在排放总量中仅占比3%（图1）3，但所能引发的温室效应却极高。例如，在100年的时间框架内，SF6的温室效应高达二氧化碳的25200倍，是最强效的温室气体之一（表1）。据IPCC第六次评估报告指出，含氟温室气体贡献了约0.1摄氏度的全球历史升温，而作为温室气体主要来源的二氧化碳，其温升贡献也不过0.8摄氏度4。 表1部分含氟温室气体GWP数值（二氧化碳GWP100=1） 数据来源：UNEP,Emissions Gap Report 2024 2.含氟温室气体排放现状和趋势 2.1全球含氟温室气体排放 HFCs、PFCs、SF6以及NF3的排放主要由人为活动导致，包括生产、储运和使用过程中泄露、排空等，排放源涉及制冷、电子、电力、冶金、化工等多个行业（表2）5。 2023年，全球温室气体排放量为571亿吨CO2e，其中含氟温室气体约为17亿吨CO2e6，占比3%。尽管占总量极小，但其增长速度却是几种温室气体中迄今最高的：1990年到2019年间，含氟温室气体增长了254%7，接近同期二氧化碳增速的4倍；2023年，全球温室气体排放量增长率是1.3%，而含氟温室气体的增速仍达到4.2%8。 来源：IPCC，AR6 Report 2.2我国含氟温室气体排放 2018年，我国排放了2.84亿吨CO2e含氟温室气体（不包括NF3），约占全球含氟温室气体排放的1/4和我国温室气体排放的2.2%9。其中，HFCs占比超过66%，为1.89亿吨CO2e，PFCs、SF6则分别达到了0.22和0.73亿吨CO2e10。 HFCs的突出排放与我国庞大的制冷行业有关：我国家用空调和电冰箱产量占全球比重分别超过了80%和60%11，空调社会保有量达到5.4亿台，全球领先12，而市场近年来最主流的制冷剂当属第三代HFCs制冷剂。根据生态环境部相关数据，我国生产的11种HFCs产量占全球HFCs总产量的80%以上13。此外，我国PFCs最大的排放源是电解铝生产，而SF6则是电力行业，研究指出，我国有超过95%的SF6排放由电力工业产生14。 从排放趋势看，近年来，我国含氟温室气体排放上涨非常显著。2005年到2018年，中国含氟温室气体增长率达到了127.2%（图3）。多项研究对含氟温室气体未来的排放趋势进行了预测，结果均显示，尽管《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书<基加利修正案>》会对HFCs的生产和消费进行约束，但由于延迟排放的特性，我国含氟温室气体的排放量仍将保持一段时间的快速上涨，在2030年代达到峰值，约为6.2-7.3亿吨CO2e，并到2050年缩减至5亿吨CO2e以下15、16、17。此外，由于排放约束机制相对有限，SF6、PFCs的排放量仍有上升空间18、19、20，甚至可能超越HFCs，给含氟温室气体进一步减排带来挑战。 以上研究表明，在按照《基加利修正案》时间表推进HFCs生产和消费削减的过程中，如果能有其他含氟温室气体减排政策协同发力，将有利于实现含氟温室气体的近零排放，助推我国碳中和目标的达成。 来源：中国国家温室气体排放清单数据 3.含氟温室气体减排行动 3.1其他国家含氟温室气体减排政策与行动 从全球范围看，有相当数量的国家和地区正在针对含氟温室气体减排采取行动。截至目前，共有160个国家和地区批准了《基加利修正案》21；欧盟、日本等都出台了较为严格的含氟温室气体排放控制政策和管理措施。 3.2中国含氟温室气体的减排行动 我国也已出台多项针对含氟温室气体管控的减排政策，并且，由于HFCs在含氟温室气体排放中的高占比，目前的减排行动侧重在对HFCs排放进行管控。 4.中国含氟温室气体减排机遇与挑战 含氟温室气体、尤其是HFCs的减排将助力我国双碳目标推进。对此，各种含氟温室气体在生命周期的不同环节，从源头的替代品研发到生产工艺改善，再到使用后的循环利用和销毁，所面临的减排机遇和挑战如下。 4.1HFCs减排机遇与挑战 HFCs的减排重点在制冷行业。在制冷剂产品报废前，环保型替代品的研发与制冷剂回收再生技术是减排关键。 环保型制冷剂研发与使用：研发与使用HFCs的低GWP值替代品是从源头降低HFCs排放的核心举措之一。在制冷剂行业，氢氟烯烃制冷剂（HFO，如HFO-1234yf）、碳氢制冷剂（HC，如HC-290）、以及部分天然工质制冷剂（如R744，即CO2）等都是具有潜力的制冷剂替代品，但这些产品往往会面临来自安全性、成本或能效方面的挑战。例如，R1234yf、R290具有易燃性，增加了使用时的安全风险27；R744运行压力高，增加了设备的耐高压要求、成本，并引发对安全性的担忧28。 我国仍处于从消耗臭氧层的第二代制冷剂（HCFC）向第三代（HFC）过渡的进程中，如果部分企业能直接向第四代制冷剂转型，将在一定程度上减轻我国HFCs的减排压力。但这一挑战艰巨，我国在HFO研发上面临着严重的知识产权制约，且未来新的单工质筛选难度将越来越大。据统计，全球HFO专利总数超过1600项（合并同族后），而中国企业专利数量仅占总专利数的14%，核心专利数仅1.7%29。 专栏-国内实践案例：目前国内HFOs产能多来自给国外代工或中外合资公司。例如，巨化股份为霍尼韦尔代工生产4种HFO、中化蓝天霍尼韦尔合资公司生产HFO-1233zd等30。部分国内企业虽已具备自主知识产权的HFO生产技术，但总体产能规模较小，例如，环新氟材通过三氟乙烯为原料制备HFO-1234fy，并建成年产3000吨的产业化装置等。此外，行业也在通过开发混合工质，突破专利壁垒。例如，浙江省化工研究院开发的HFO-1234ze（E）/HFE-143a/HFC-32组 合 物， 浙 江 大 学 开 发 的HFO-1234fy/HFC-152a/HFC-134a等31。 制冷剂回收再生技术：将设备中的制冷剂回收后，根据其纯度、单一或混合工质等特性，选择简易再生或蒸馏再生等技术，实现制冷剂的提纯再生32。总体来说，制冷剂的回收再生有利于实现温室气体减排效益、缓解《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》（后称《蒙约》）下配额削减压力、降低环境安全风险。然而，我国制冷剂回收再利用仍处在起步阶段，技术相对落后。据统计，我国空调、冰箱中的制冷剂在回收时，仅能分别回收其所含制冷剂量的40%和14%，对比欧美等发达国家技术水平还有一定差距33。此外，制冷剂处置费用可能达到4-10万元/吨，成本较高。 专栏-国内实践案例：天津澳宏环保材料有限公司是目前国内最大的制冷剂回收再生企业，其主要技术性能指标已达到国际先进水平，并具有成本优势。2020年，该企业回收再生制冷剂815吨，折合减排约160万吨CO2e；2021年回收再生制冷剂1200余吨，折合减排约240万吨CO2e。 4.2 HFC-23减排机遇与挑战 HFC-23是HCFC-22生产过程的副产物，也是《蒙约》规定的应尽量销毁的气体。《蒙约》核准了8种HFC-23销毁技术，目前最主流的是高温焚烧，但这一方式能耗高且浪费氟资源。因此，我国鼓励企业探索降低副产率、资源化利用等解决方案34。 改进生产工艺：可以通过提高催化剂寿命，优化反应压力、温度、催化剂浓度，调整原料供给配比和进料方式等降低HFC-23的副产率。目前，中国多数企业HFC-23副产率仍处于2-3%水平，通过产业化装置技术改进和过程优化可以实现副产率降低至1%以下35。 资源化利用：目前最具经济和社会效益的HFC-23资源化利用路径是将之与氯仿（CHCl3）进行氟氯交换，转化回HCFC-22。该转化流程短、安全性高，能实现HFC-23的近零排放，且该技术与HCFC-22生产工艺耦合、投资成本相对较低36、37。 专栏-国内实践案例：浙江省化工研究院与中昊晨光完成了与HCFC-22生产装置完整耦合的HFC-23转化工艺技术开发。该装置于23年12月正式投料运行，按年转化1.5万吨HFC-23计算，采用该转化技术每年可实现减排2.2亿吨CO2e38。 4.3SF6减排机遇与挑战 电力行业SF6减排同样可以通过气体替代技术、回收净化技术实现。 电力设备SF6减少或替代技术：寻找SF6的替代气体，通过将SF6与其他气体混合或完全使用其他气体替代SF6可以实现减排。研究显示，在混合气体替代领域，当SF6/N2中的SF6含量为30%，气压为0.7MPa时，全球变暖值（GWP）约能降低50%；而在气体完全替代领域，全氟异丁腈（C4F7N）等展现出了相对较好的综合性能39、40。 专栏-国内实践案例：2017年以来，中国国家电网在河北、山东、安徽等多地开展了SF6/N2混合气体母线、隔离接地开关试点；2023年起开展了SF6/N2混合气体GIS设备推广应用工作。从2023年下半年起，国家电网公司已不再采购含SF6的配电开关设备41。 此外，无氟设备GIS设备也在我国不断推广。西门子Blue环保型GIS设备超过100台已投入运行42。2020年，平高集团和西安交通大学自主设计开发了我国首台具有应用价值的126kV无氟环保型气体绝缘金属封闭开关设备43。 SF6回收净化技术：对设备中尚未达到退役年限的SF6气体进行回收、净化和循环利用，2015年《国家重点推广的低碳技术目录》中采取的综合性净化处理技术能达到95%以上的净化处理回收率。此外，由于SF6的净化回收成本要低于购买新气的成本，所以该减排方式甚至能带来相当程度的经济效益。 专栏-国内实践案例：国家电网研发了SF6气体回收处理和循环再利用成套技术与装备，建成26家省级SF6回收处理中心。截至2020年底，国家电网SF6气体回收率超过96.5%，累计回收SF6气体732.3吨，相当于减排二氧化碳1750.2万吨44。 4.4PFCs减排机遇与挑战 PFCs的减排重点在电解铝行业，主要措施是通过改善设备、工艺降低产生PFCs的阳极效应。 电解铝降低阳极效应技术：铝生产过程的阳极效应是电解铝PFCs排放的主要来源。对此，通过纳米陶瓷基高温防氧化涂层保护技术对阳极形成保护45，或低阳极效应设计及控制技术都可以实现PFCs的减排46。两种技术在实现减排以外，还能带来额外的经济效益，具有良好的经济性。 专栏-国内实践案例：山东魏桥集团、黄河鑫业有限公司、广西华磊新材料有限公司等近十家大型电解铝企业应用了纳米陶瓷基高温防氧化涂层保护技术，累计电解铝产能170万吨。 低阳极效应设计及控制技术在山西华圣铝业有限公司、云南铝业股份有限公司等企业的712台300kA电解槽上已有应用，覆盖全国3%的铝产量47。 4.5含氟气体无害化处理机遇与挑战 最后，对于已报废的含氟温室气体，则需要对其进行无害化处理。 等离子体技术：利用产生高温的等离子体破坏含氟温室气体分子，与传统的焚烧热解相比，该技术能效和去除率高，运行成本低48。 专栏-国内实践案例：据统计，2021年，我国直接销毁的制冷剂中，有62.3%采用了等离子体方式49。而针对SF6，南方电网贵州电力科学研究院研制的“低温等离子体降解强温室效应六氟化硫气体装置”已在贵州、湖北、重庆、安徽等地投入使用，该装置对SF6降解率达到96%，已完成超过77万吨CO2e的SF6气体降解工作50。 5.中国含氟温室气体减排展望 面对《巴黎协定》“将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在2℃以内