中國報告大廳網(wǎng)訊，全球變暖背景下，《巴黎協(xié)定》明確將全球氣溫較工業(yè)化時期上升幅度控制在不超過 2.0℃甚至 1.5℃的目標，我國也提出了 2030 年前二氧化碳排放達到峰值、2060 年前實現(xiàn)碳中和的 “雙碳” 目標。氮肥行業(yè)作為橫跨工業(yè)與農(nóng)業(yè)兩大領(lǐng)域的重要產(chǎn)業(yè)，其生產(chǎn)與施用過程會產(chǎn)生 CO?、N?O 等溫室氣體，同時氮肥又間接供養(yǎng)了全球 48% 的人口，在保障糧食安全的同時實現(xiàn)減排成為關(guān)鍵任務(wù)。當前針對氮肥行業(yè)的研究多集中于單一環(huán)節(jié)的排放量計算或減排路徑探索，缺乏全生命周期的綜合研究及具體減排時間表，因此梳理氮肥行業(yè)全生命周期溫室氣體排放情況，制定科學的碳中和路徑與時間表，對 2025 年及未來氮肥產(chǎn)業(yè)布局具有重要意義。以下是2025年氮肥產(chǎn)業(yè)布局分析。
《2025-2030年全球及中國氮肥行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報告》指出，我國是全球最大的氮肥生產(chǎn)國和消費國，2021 年氮肥產(chǎn)量為 28.1Mt，施用量為 21.4Mt，分別占全球總產(chǎn)量和施用量的 23.7% 和 26.0%。2000-2015 年，全球氮肥產(chǎn)量年增長率為 1.02%，我國氮肥產(chǎn)量在此期間快速上升，2015 年達到歷史峰值，占全球總產(chǎn)量的 34%，但當時行業(yè)存在產(chǎn)能過剩、技術(shù)創(chuàng)新能力不強、資源綜合利用水平不高等問題。2015 年相關(guān)政策出臺后，氮肥行業(yè)開啟供給側(cè)改革，對劣質(zhì)、高能耗、安全隱患大的生產(chǎn)工序進行調(diào)整，2018 年我國氮肥產(chǎn)量降至谷底，2020 年受新冠疫情影響，企業(yè)開工率低，產(chǎn)量持續(xù)下降。從行業(yè)周期來看，2015 年前為快速擴張期，2015 年后進入調(diào)整期，隨著 “雙碳” 目標確立，正逐步向低碳期過渡。
在氮肥施用量方面，2000-2014 年我國氮肥施用量持續(xù)上升，2015 年實施化肥減量行動后，全國施氮量從 235.05kg/hm2 下降至 166.38kg/hm2，但仍遠高于全球平均水平的 66.9kg/hm2。我國糧食主產(chǎn)區(qū)化肥消費量為 396.4kg/hm2，也遠超 225kg/hm2 的國際警戒線。同時，我國氮肥有效利用率為 37.8%，低于美國的 52.0% 和歐洲的 68.0%，未來我國氮肥的產(chǎn)量和施用量預計將繼續(xù)減少。
從氮肥行業(yè)生產(chǎn)施用鏈結(jié)構(gòu)來看，這是一個復雜體系。以煤炭為原料為例，需經(jīng)過氣化制成原料氣，再通過變換、甲醇洗、氨合成等步驟制成合成氨。氨是氮肥生產(chǎn)的核心中間體，在此基礎(chǔ)上可生產(chǎn)尿素、硝酸銨等氮肥產(chǎn)品，這些產(chǎn)品經(jīng)運輸、銷售后，最終應(yīng)用于農(nóng)田施用。
我國氮肥行業(yè)溫室氣體排放水平總體偏高，主要體現(xiàn)在三個方面。一是排放總量高，2018 年全球氮肥生產(chǎn)與施用過程 CO?排放總量中，我國對應(yīng)的 CO?排放量為 (316.1±113.3) Mt，占比顯著;二是全生命周期排放強度高，全球平均每生產(chǎn) 1t N 排放 CO?10.48t，我國氮肥供應(yīng)鏈每生產(chǎn) 1t N 排放 CO?13.50t，高于歐洲的 9.80t;三是不同階段排放占比差異大，全球范圍內(nèi)氮肥生產(chǎn)過程溫室氣體排放量占供應(yīng)鏈排放總量的 38.8%，田間排放量占 58.6%，運輸過程僅占 2.6%，而我國氮肥生產(chǎn)階段排放占比接近 50%。
在氮肥生產(chǎn)端，溫室氣體排放主要來自合成氨生產(chǎn)，占生產(chǎn)端排放的 90% 左右。合成氨生產(chǎn)以天然氣、煤、石油為原料，通過特定工藝制成，不同原料和工藝的能耗與碳排放強度差異明顯。我國以煤炭為原料制合成氨每生產(chǎn) 1t NH?的 CO?排放量，比以天然氣為原料的排放量高約 70%。全球 72% 的合成氨生產(chǎn)以天然氣為原料，22% 以煤為原料，而我國因煤炭資源豐富、天然氣相對稀缺，以煤炭和天然氣為原料制合成氨的比例分別為 79.59% 和 17.33%，這導致我國氮肥生產(chǎn)過程排放更多污染物與溫室氣體。此外，硝酸作為氮肥工業(yè)重要中間物質(zhì)，生產(chǎn)過程中會副產(chǎn) N?O(單分子增溫潛勢遠高于 CO?)，我國主要采用雙加壓法生產(chǎn)硝酸，在未應(yīng)用減排技術(shù)時，每生產(chǎn) 1t HNO?的 N?O 排放量為 7-9kg，高于歐洲的 1.85kg。雖曾通過相關(guān)計劃利用技術(shù)去除 N?O，減排率可達 98%，但 2013 年后項目停止，目前缺乏相關(guān)法規(guī)限制，多數(shù)硝酸工廠未采取去除措施，而其他氮肥產(chǎn)品生產(chǎn)能耗低，CO?排放量較少。
在氮肥施用端，氮肥施入土壤后，經(jīng)微生物硝化和反硝化作用會直接產(chǎn)生 N?O，同時還會通過土壤氮素淋溶徑流、氨揮發(fā)后沉積等途徑間接產(chǎn)生 N?O。尿素作為全球使用最廣泛的礦物氮肥，施用量占所有礦物氮肥的 1/2，其施入土壤后在脲酶作用下分解會釋放 CO?，每噸尿素施用過程中約釋放 0.73t CO?。不過，化肥施用過程中溫室氣體排放量受時間、空間因素影響大，相同施氮量下，土壤條件、氣候條件、管理方式不同，排放量差異顯著，我國小農(nóng)耕作系統(tǒng)在傳統(tǒng)管理模式下的農(nóng)業(yè)集約化，比歐美采用最佳施肥方法的大農(nóng)場排放更多溫室氣體。
氮肥供應(yīng)鏈涉及工業(yè)與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，碳中和目標的實現(xiàn)需長期推進，目前已從提高氮肥利用率、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)與能源利用效率、建立碳交易體系三方面采取措施。
超標施用氮肥會增加生產(chǎn)與施用過程的溫室氣體排放，因此需通過科學手段提高氮肥利用率、減少施用量。一方面，堅持 4R 養(yǎng)分管理原則，即選擇正確的肥料品種、控制正確的肥料用量、把握正確的施肥時間、確定正確的施肥位置，該方法能在不影響糧食產(chǎn)量與土壤肥力的前提下，顯著降低 NH?排放，歐洲通過此方式曾使農(nóng)業(yè)土壤 N?O 排放量在 1990-2015 年減少 17%。目前我國測土配方施肥技術(shù)覆蓋率已達 89.3%，未來智能農(nóng)業(yè)有望為 4R 養(yǎng)分管理提供更有力支撐，但實施過程中需平衡作物需求、環(huán)境條件與農(nóng)民經(jīng)濟狀況。另一方面，推廣增效氮肥使用，包括緩控釋氮肥、含脲酶抑制劑和硝化抑制劑的氮肥。緩控釋氮肥可減緩養(yǎng)分釋放速率，降低土壤無機氮濃度，減少氮素損失;脲酶抑制劑能緩解尿素水解，減少氮素揮發(fā);硝化抑制劑可抑制土壤細菌硝化和反硝化作用，減少 N?O 排放。研究表明，緩控釋氮肥應(yīng)用于小麥種植時，N?O 排放較普通尿素減少 11.68%-39.45%，硝化抑制劑在春大麥耕地中可基本消除硝酸銨鈣的 N?O 排放，我國正大力推廣緩控釋氮肥，部分國家已通過立法規(guī)范相關(guān)肥料使用。
能源結(jié)構(gòu)與能源利用效率是氮肥行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，減少化石能源使用可大幅降低溫室氣體排放，具體可通過六大技術(shù)方向推進。在綠色技術(shù)工藝方面，優(yōu)化合成氨原料結(jié)構(gòu)，增加 “綠氫” 比例，選擇大型化空分技術(shù)與先進流程并配套控制系統(tǒng)，降低動力能耗，同時加大可再生能源制氨技術(shù)研究;在重大節(jié)能裝備方面，提高傳質(zhì)、傳熱與能源轉(zhuǎn)換效率，用等溫變換爐取代絕熱變換爐，通過涂刷特殊涂料提高一段爐熱利用率，采用大型高效壓縮機并優(yōu)化驅(qū)動方式;在能量系統(tǒng)優(yōu)化方面，改進氣化爐設(shè)計，增設(shè)余熱廢熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽系統(tǒng)，優(yōu)化二氧化碳氣提尿素工藝并增設(shè)中壓系統(tǒng);在余熱余壓利用方面，根據(jù)余熱品位不同，分別用于副產(chǎn)蒸汽、加熱給水等，實現(xiàn)能量供需與品位匹配;在公輔設(shè)施改造方面，選用高效換熱器、機泵與節(jié)能電機，加強設(shè)備和管道保溫;在數(shù)字化改造方面，運用 5G、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)，推動與產(chǎn)業(yè)深度融合，提升能源效率。過去我國通過淘汰落后產(chǎn)能、設(shè)置產(chǎn)業(yè)準入條件調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，2020 年采用無煙煤為原料的合成氨產(chǎn)能降至 2000 萬 t/a 以下，煙煤、褐煤為原料的產(chǎn)能達 3078 萬 t/a，占總產(chǎn)能的 46.1%。
碳市場通過排放總量約束，推動企業(yè)減排或?qū)崿F(xiàn)減排成本最優(yōu)，但我國氮肥所屬的化工行業(yè)尚未納入碳交易市場，當前首要任務(wù)是對氮肥企業(yè)進行碳核查，為行業(yè)納入碳交易市場提供數(shù)據(jù)支撐，這需要完善的碳核查制度體系。目前企業(yè)層面碳核算依據(jù)相關(guān)指南進行，但該指南主要針對范圍一和范圍二排放，缺乏氮肥產(chǎn)品層面的碳核算指南，產(chǎn)品層面核算多基于國際標準。氮肥溫室氣體排放主要分布在范圍三，因此將氮肥施用過程納入碳交易體系至關(guān)重要。當前我國農(nóng)業(yè)相關(guān)項目多通過抵消機制參與碳交易，但缺乏針對氮肥施用的國家核證自愿減排量方法學，而部分國家已采取措施，如為農(nóng)業(yè)減排項目提供援助與核查，或通過企業(yè)碳計劃為農(nóng)民提供技術(shù)支持并創(chuàng)造碳信用額，我國作為農(nóng)業(yè)大國，需加快完善相關(guān)方法學。
為在 2060 年前實現(xiàn)碳中和，結(jié)合氮肥行業(yè)發(fā)展實際，需分階段推進相關(guān)工作。2020-2030 年為緩慢調(diào)整期，需逐步淘汰固定床間歇氣化工藝，推廣干煤粉加壓氣化和水煤漿加壓氣化技術(shù)，支持先進技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，進一步減少氮肥施用量，提高有機肥施用量與測土配方施肥覆蓋率，建立碳稅制度并將氮肥行業(yè)納入碳交易體系，推動企業(yè)生產(chǎn)改造;2031-2040 年為生產(chǎn)轉(zhuǎn)型期，要實現(xiàn)氮肥生產(chǎn)端能源結(jié)構(gòu)多樣化，減少化石燃料使用，提高 “綠氨” 生產(chǎn)占比，加強化肥企業(yè)與農(nóng)業(yè)相關(guān)主體合作，開發(fā)推廣結(jié)合算法的施肥產(chǎn)品與工具;2041-2050 年為低碳過渡期，繼續(xù)堅持前期戰(zhàn)略，使可再生能源制合成氨成為主流技術(shù)，實現(xiàn)氮肥施用最優(yōu)化;2051-2060 年為碳中和時期，持續(xù)推廣低碳技術(shù)與政策，加強氣候變化國際合作，支持全球標準制定，提升碳匯開發(fā)能力，中和難以消除的溫室氣體。
綜上，我國作為全球氮肥生產(chǎn)和消費大國，氮肥行業(yè)在保障糧食安全中發(fā)揮重要作用，但全生命周期溫室氣體排放量與排放強度均高于歐美國家，這與我國能源結(jié)構(gòu)、制度建設(shè)、科技發(fā)展水平密切相關(guān)。通過梳理氮肥產(chǎn)業(yè)鏈特征、排放現(xiàn)狀，明確了提高氮肥利用率、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、建立碳交易體系三大低碳路徑，并制定了分階段的碳中和目標。未來需圍繞這些路徑與目標，持續(xù)推進技術(shù)創(chuàng)新、政策完善與國際合作，逐步降低氮肥行業(yè)碳排放，為 2060 年實現(xiàn)碳中和奠定基礎(chǔ)，同時保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定與糧食安全，推動氮肥產(chǎn)業(yè)向綠色低碳方向高質(zhì)量發(fā)展，契合 2025 年及未來氮肥產(chǎn)業(yè)布局需求。
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