碳中和背景下我国固废资源化利用产业发展研究.pdf
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1、碳中和背景下我国固废资源化利用产业发展研究DOI 10.15302/J-SSCAE-2024.01.004碳中和背景下我国固废资源化利用产业发展研究张婷婷 1,周萧超 1,刘章韬 1,许嘉钰 2*,任慕华 2,郝吉明 2(1.北京化工大学化学工程学院,北京 100029;2.清华大学环境学院,北京 100084)摘要:固废资源化利用可以节约大量的资源和能源,具有循环利用、节能减碳的优势,对于推动加快形成绿色低碳生产方式和生活方式、实现“双碳”战略目标、促进美丽中国建设具有重要意义。本文结合典型案例分析,梳理了国内外固废资源化利用产业的发展现状,分析了我国固废资源化利用产业在产业化进程、资金投入
2、、技术创新等方面存在的主要问题。在此基础上,提出了我国固废资源化利用产业的发展建议,推动产业化进程,促进“产业链、创新链、人才链、资金链”融合赋能;加大激励支持力度,夯实金融保障基础;打造科创资源高地,强化项目示范引领;集聚人才优势,搭建高水平合作平台,全面推进固废资源化利用产业的高质量发展。关键词:固废;资源化;产业化;减碳;技术创新中图分类号:X22 文献标识码:ADevelopment of Solid Waste Recycling Industry of China in the Context of Carbon NeutralityZhang Tingting 1,Zhou Xi
3、aochao 1,Liu Zhangtao 1,Xu Jiayu 2*,Ren Muhua 2,Hao Jiming 2(1.College of Chemical Engineering,Beijing University of Chemical Technology,Beijing 100029,China;2.School of Environment,Tsinghua University,Beijing 100084,China)Abstract:Solid waste recycling saves resources and energy,reduces carbon emis
4、sions,and plays a vital role in forming a green and low-carbon mode of production and living and achieving the carbon peaking and carbon neutrality goals.This study analyzes the development status of the solid waste recycling industry in China and abroad and explores the major challenges faced by th
5、e industry of China in terms of process of industrialization,capital investment,and technological innovation.Combined with typical case analyses,we propose the following suggestions to promote the high-quality development of Chinas solid waste recycling industry:(1)promoting the process of industria
6、lization to integrate the industrial,innovation,talent,and capital chains;(2)reinforcing incentive policies to consolidate the financial foundation;(3)establishing scientific innovation hubs by strengthening project demonstrations;(4)gathering professional talents to build a high-level cooperation p
7、latform.Keywords:solid waste;resource recovery;industrialization;carbon reduction;technological innovation收稿日期:2024-01-10;修回日期:2024-01-31通讯作者:*许嘉钰,清华大学环境学院教授,研究方向为能源环境政策;E-mail:jiayu-资助项目:中国工程院咨询项目“四链深度融合下我国战略性新兴产业高质量发展战略研究”(2023-PP-06)本刊网址: 2024 年 第 26 卷 第 1 期一、前言为加快推动发展方式的绿色低碳转型,我国坚持将绿色低碳发展作为解决生态环
8、境问题的治本之策,加快形成绿色生产方式和生活方式,厚植高质量发展的绿色底色。构建绿色低碳的循环经济体系,完善绿色低碳发展的经济政策,推进绿色低碳科技自立自强,可以为我国经济社会高质量发展积蓄绿色动能。我国重视绿色环保发展,在2019年的政府工作报告中首次提出“绿色环保产业”,将清洁生产、清洁能源等纳入进来,代替了以往的“节能环保产业”,为环保产业的高质量发展指明了方向。绿色环保产业不仅服务于污染防治,还要为社会创造新的价值、利润增长点;不只局限于污染末端治理,还要统筹考虑全过程的资源、能源消耗和污染排放,从生活方式、工艺源头等方面寻找新的突破。近年来,我国绿色环保产业蓬勃发展,清洁能源设备生产
9、规模居世界第一位。2021年,我国绿色环保产业总产值超过8万亿元1。固废资源化利用产业是绿色环保产业的重要子领域,具有缓解资源短缺、减少环境污染的双重作用,可通过技术创新和商业模式创新持续提高废弃物转化的效率与效益。固废资源化利用产业的发展水平是地区生态文明建设水平的重要体现,是强化循环经济发展的重要举措,是全面推动绿色低碳发展的必由之路。然而,固废资源化利用产业的发展受能源结构、资源禀赋等因素影响,在今后及未来很长一段时期内仍面临产废强度高、综合利用产品附加值低等严峻挑战。目前,我国大宗固废累计堆存量约为61010 t,年新增堆存量约为3109 t。随着新型“城市矿产”如电子废弃物、新能源电
10、池、光伏器件等的产生,我国固废处理处置与资源化的任务日趋紧迫。目前,我国的自然资源消耗量和由此产生的废物量均居世界第一位2。固废主要来源于工业生产、城市生活和农业生产,其中工业固废处理量占总体固废处理量的83.34%,城市垃圾处理量、农业垃圾处理量的占比分别为9.9%、6.27%。固废资源化利用是变废为宝的过程,可以节约大量的资源、减少碳排放量,体现了建立和健全绿色低碳循环发展经济体系的根本宗旨。固废资源化利用产业是最易实现碳减排的环保细分领域。2021年,我国一般工业固废产生量约为4109 t,综合利用量约为2.3109 t,占产生量的57.1%3。随着人民生活水平的不断提高和城镇化进程的不
11、断推进,固废产生量呈逐年增长态势4,固废资源化利用发展前景广阔。这为企业加快布局固废资源化利用、推动我国绿色环保产业从末端治理走向更有价值的资源化利用提供了发展基础。为深入探讨固废资源化利用产业的发展态势,本文梳理国内外固废资源化利用产业的发展现状,分析我国固废资源化利用产业发展存在的问题,针对性地提出我国固废资源化利用产业发展的对策建议,以期为我国绿色环保产业发展研究提供参考。二、国外固废资源化利用产业的发展现状(一)产业链条规模化美国、德国、日本等发达国家早在20世纪90年代就实现了100%的垃圾清运率;又经过30多年的实践探索,现已建立了固废全过程精细化管控体系,构建了完善的固废最大化利
12、用产业链,形成了固废资源化利用产业。这些国家的主要企业作为落实固废资源化利用产业政策的执行者、技术创新的发起者和实践者,在构建固废资源化利用产业链过程中的具体做法对我国发展壮大固废资源化利用产业具有重要的参考意义。美国废物管理公司是全球固废领域的龙头企业,业务范围涵盖收集、转运、处理、再利用、资源回收等固废处置全产业链,2022年,该公司实现营业收入196.98亿美元。固废处置技术的成熟为固废综合管理提供了有力支撑,而环保意识的不断增强则成为固废行业向资源化、精细化处理转型的决定性因素,带动美国垃圾回收利用处理占比从1960年的6%提升到2018年的32%5。日本最大规模的再生塑料生产企业丰田
13、通商株式会社,以汽车、家电等领域产生的废旧塑料为原料,利用日本首项比重精细筛分技术,生产出了高质量的再生塑料;该企业致力于发展循环型业务,从报废车辆以及市场、工厂产生的废料中回收并加工可再生能源,同时依托“城市矿产”确保资源供应,通过二手车、二手零部件的再利用等实现了固废的资源化利用。(二)管理模式精细化美国、德国、日本等发达国家经过30余年的研081碳中和背景下我国固废资源化利用产业发展研究究,建立了固废全过程精细化管理模式。美国按照废弃物所涉及的材料和产品,对城市固废进行数据分析6,以此掌握消费者的使用习惯与方式,为制定源头减量、循环利用的策略提供数据支持。2018年,美国资源化处置的城市
14、固废量为9.4107 t,减少碳排放量约为1.93109 t7。作为全球最早实施生产者责任延伸制度的国家,德国资源化利用废弃物回收利用的重点是废料处理技术的研发和包装塑料等的再生处理。德国相关企业将50%的环保资金投入用于研究与开发废料处理技术,通过实行瓶子押金制度推动重复使用、强制使用二次包装及轻量化包装材料,成功实现了包装的回收再利用。德国的固废资源化利用率超过70%,成为全球固废资源化利用的典范8。日本大力发展循环经济,制定了垃圾循环利用率指标,在垃圾分类处理时,注重循环利用和资源再生。2000年以来,日本垃圾处置资源化利用率一直维持在19%左右。总的来看,固废资源化利用是绿色发展和循环
15、经济的重要切入点和依托9。(三)技术手段革新化固废资源化产业的发展离不开强大的技术创新,在严格控制碳排放的背景下,美国、法国、日本的很多企业围绕大宗工业固废和有机固废等开展了卓有成效的技术创新。化工行业是碳排放的重点行业之一,具有耗能高、产品众多、产业链条长等特点,减碳任务艰巨10。巴斯夫股份公司(巴斯夫)是全球最大的化工公司,也是我国化工领域最大的外资企业之一。巴斯夫在大中华区连续6年实现了企业运营中的碳排放量降低,在整个产业链上公司自身产生的碳排放不到20%,其中固废资源化和循环利用工作为碳减排做出了突出贡献。巴斯夫于2020年启动了新的循环经济计划,聚焦原料循环、新材料循环和新业务模式三
16、大领域,通过不断增加回收及可再生原料的使用量、开发多种塑料添加剂及高效催化剂等,解决塑料废弃物与废旧动力电池回收面临的挑战,并进一步促进循环经济的发展。巴斯夫固废资源化利用的主要业务如图1所示。创新是巴斯夫实现盈利增长的关键驱动力,其在研发初期就整合客户和市场的需求以推动创新。巴斯夫不断拓展亚太地区的研发布局,在上海和孟买分别设立创新园区,将研发、业务、生产等创新链上的各相关方整合至一起。每个创新园区都是巴斯夫全球“碳管理项目”的重要组成部分,开展面向全球、区域和本地的研发项目。法国威立雅环境集团(威立雅)目前是全球最大的环保企业,也是资源循环利用的领军企业。2020年,威立雅与索尔维集团成立
17、了循环经济联盟,共同研发动力电池关键原材料如钴、锂等金属的回收技术,并与汽车制造商和电池生产商协调利用价值链各环节中的技术和核心竞争力,为欧洲的电动和混合动力汽车电池产业构建具有循环价值的生态系统。动力电池进行放电和拆解后,通过威立雅独有的湿法冶金工艺可以对残留物进行冷处理,进而从中回收金属。通过电池回收还可以获得高纯度的锂,以作为生产锂电池的材料。2019年,威立雅利用其先进的HPD蒸发和结晶技术帮助丰田汽车公司提炼电池级氢氧化锂,用于制造动力电池。该技术可最大程度地回收硫酸钾,生产纯度超过99.5的电池级碳酸锂,并显著降低生产成本。三、我国固废资源化利用产业的发展现状(一)市场规模逐步扩大
18、固废资源化利用在减污降碳方面的优势凸显,相关产业发展前景广阔。固废处理的碳减排方向主要集中在循环再生、节能增效和能源替代等方面。我国垃圾治理已经基本上实现无害化,正在朝资源化方向发展。近年来,我国固废处理处置与资源化的营业收入占比呈增长趋势(见图2),从2017年的34.86%提升至2021年的46.26%,产业发展趋势良好。2018年,我国实施“碳足迹标签”计划。土壤调理剂、建筑颗粒和骨料、回收塑料颗粒等再生产品在出具传统的质量评估报告后可进行碳标签认证。以碳标签的形式呈现再生产品的碳信息及碳减可再生原料废旧动力电池固废资源化利用塑料废弃物塑料添加剂图1巴斯夫公司固废资源化利用的主要业务08
19、2中国工程科学 2024 年 第 26 卷 第 1 期排优势,将进一步提升固废资源化利用产品的市场接受度和市场规模。目前,固废资源化利用市场规模进一步扩大,技术水平和资源化利用率进一步提高,推动我国固废资源化利用产业发展从政策驱动阶段逐渐进入产业驱动阶段11。(二)产业链闭环发展我国固废资源化利用产业以可持续发展为核心,以资源节约和循环利用为目的,以最小化经济活动对自然环境的影响为参照,推动固废产业资源化的产业链条闭环化,有效实现加强我国循环经济体系建设、以绿色发展理念推动循环经济发展的最终目标。产业链闭环发展显著提升了我国固废资源的利用率。集群式产业区建设、生产工艺优化改进,进一步推动了废料
20、转化为资源加以利用,全面提高了生产效率,实现了固废资源的高效利用。产业链闭环发展推动了产业升级和各行业间资源的高效流通,成为固废资源化利用产业的有效实践,在拓宽产业链条的同时,进一步推动了产业的升级和转型,进而鼓励企业高效利用所有资源,将废弃物转化为新产品,开拓新的生产链。固废资源化利用产业对推动循环经济的发展具有充分的可行性和可推广性,产业链条闭环发展对于推动固废资源化产业升级有着重要的保障作用。近年来,我国已经在重点地区和行业开展了固废资源化利用试点,取得了一定成绩,也成长起来一批成功的企业。例如,格林美公司在国内率先提出“资源有限、循环无限”的绿色低碳产业理念,聚焦区位优势城市进行循环产
21、业布局。截至目前,公司已在江苏、广东等11个省份建成了16个循环产业园,构建了以核心城市为中心、以“回收箱 回收超市 集散大市场 低碳循环工厂 城市矿山产业园”等多层次开采“城市矿产”的示范模式。该公司目前是我国最大的固废资源化企业,突破性地解决了废旧电池、锂钴镍钨废料、电子废弃物等新型固废资源化利用的关键技术问题,开发了高镍三元前驱体、超细钴粉、再制备高品质钨、高品质再生塑料、稀贵金属提取、动力电池包智能制造等关键技术及产品,形成了自主掌握的核心技术与知识产权体系,构建了新能源全生命周期价值链、钨资源循环再生价值链、电子废弃物循环再生价值链等资源循环与新能源材料制造模式,推动了绿色低碳循环产
22、业的高质量发展。北京高能时代环境技术股份有限公司主要从事与金属相关的固废、危险废弃物(危废)的资源化利用业务。随着资源化利用产业链的不断延伸,目前已实现对冰铜、粗铜、粗铅等合金产品的电解提纯,形成阴极铜、电铅等深度资源化产品,同时提炼过程中生成的造渣副产品亦可用于建筑材料,最终实现了资源的循环利用。浙江申联环保集团有限公司主要从事危废无害化处理和再生资源回收利用,运用危废“收集 贮存 无害化处理 资源深加工”前后端一体化全产业链技术,回收铜、金、银、钯、锡、镍、铅、锌、锑等金属资源,具备从工业废料中提取并生产出动力汽车锂电池材料级别的精制硫酸镍工艺,实现了危废的无害化处理及资源高效回收。(三)
23、创新链促进产业升级技术创新是推动产业升级的根本动力。与环保产业的其他子产业不同,固废资源化利用产业对技术创新有更高的要求,不同固废类型的资源化利用方式及其组成特征有着密切的关系,通常要开发梯级回收、高附加值利用等先进技术。废弃物的循环利用产业可以创造新的经济增长点,加快产业结构的调整和优化,促使企业高效利用固废资源,实现产业的可持续发展。我国在固废资源化利用技术方面已取得了显著成效,针对大宗工业固废,开发了将其转化为填充材料、建筑材料、路基材料、土壤修复剂等产品的资源化技术;针对多源含有价金属固废,开发了裂解、协同冶炼、高温等离子熔炼等占环保产业总营业收入的比例占环保产业总营业收入的比例/%2
24、0172018201920202021时间/年固废处理处置与资源化的营业收入;固废处理处置与资源化的营业收入/亿元14 00012 00010 0008000600040002000050403020100图2固废处理处置与资源化营业收入趋势图083碳中和背景下我国固废资源化利用产业发展研究技术装备。目前的固废资源化产品多是面向一些基础产业。未来,研发固废高附加值材料转化技术将成为重要发展方向,以实现固废的高值化利用与协同处理、高效梯级利用及重金属离子污染物的高效控制12。1.工业固废综合利用提质增效相对于其他固废,工业固废是我国产生量最大、堆存量最大的一类固废,是固废资源化利用的主要来源13
25、(见图3)。近年来,我国提升了工业固废在生产低碳水泥、固废基高性能混凝土、节能型建筑材料等领域的高值化利用水平;推进了磷石膏的规模化高效利用,严控新增钢铁、电解铝等相关行业的产能规模。例如,运用钢渣捕集水泥窑烟气CO2制备固碳辅助性胶凝材料技术,资源化利用钢渣生产固碳辅助性胶凝材料;运用多源固废协同赤泥制备绿色土木功能材料技术、钢渣基沥青路面全固废再生技术等,消纳大量工业固废,显著减少土地开挖。同时,为推动工业固废的综合利用,积极制定行业标准,如处于审定阶段的道路用固废基胶凝材料(2020-046T-JC),对固废资源化、减量化和生态环境保护具有重要意义。技术创新推动了固废资源化利用产业的可持
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