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重點行業減污降碳協同增效是落實我國“雙碳”目標的重要舉措，需求十分迫切。鋼鐵、水泥、火電等重點行業大氣污染物與CO2排放量巨大，跨介質復合污染嚴重、排放機理復雜，行業減污降碳面臨協同效應機理不明、理論與方法體系不完善等挑戰。同時，重點行業節能減排指標日益增多、日趨嚴格，同樣面臨巨大的減污降碳壓力。亟需開展科學研究，解答“如何表征減污降碳協同效應及優化路徑”和“如何揭示效率的空間異質性及精準管理路徑”兩大科學問題，完善細化工業減污降碳實施路徑，以期為推進行業減污降碳協同增效提供參考。
一 減污降碳協同效應及路徑優化：構建研究路線
為回答上述科學問題，研究團隊構建了工業減污降碳協同路徑研究技術路線(圖)，在以下四方面開展了系列科學研究，具體框架如下：
研究技術路線圖
1、工業減污降碳綜合措施的系統模擬
以2017年為基準年，2025/2030/2035年為優化年，研究團隊搭建了基于自底向上建模(原料-工藝-措施-產品/廢棄物)的鋼鐵、水泥、火電等工業重點行業三類七項減污降碳管理措施系統(表1)，并識別了9項共性技術。研究團隊通過計算進一步實現了傳統三類六項管理措施(行業規模控制、原料-產品結構升級、主體工藝結構升級、清潔生產技術推廣、末端治理技術推廣、共生技術推廣)的節能、減排和經濟效益的數值化表征。
表1. 工業減污降碳管理措施系統
2、工業減污降碳路徑高維多目標優化
基于行業污染物和碳排放的沖突關系(碳/污染物減排導致其他環境指標排放的提升)與其共生效益普遍并存的科學認知，研究團隊創立了協同效應理論，通過優化變量(175項減污降碳措施)、目標(18維)、約束條件(邏輯、工藝-技術匹配等5項約束)等模型輸入，在基于行業協同節能減排優化模型中引入基于目標分解的NSGA-II-ELECTRE-III復合算法，并利用基于Vague集的不同目標偏好樣本篩選，最終形成綜合優化路徑。
3、工業地市級減污降碳管理效率評估
基于各行業產能分布、主體工藝設備結構、末端治理技術效率等多源數據，研究團隊測算各地市的能耗、碳排放及污染排放現狀，設定投入產出變量，并利用基于松弛變量的求解方法，識別各行業效率較高地區。
4、地市級減污降碳實施路徑及效益測算
研究團隊設置了不同碳達峰目標情景(2025年前達峰、2030年前達峰)，提出地市級減污降碳實施路徑，并評估了火電行業各地市在2019-2035年減污降碳效益及經濟成本。
二 減污降碳協同效應及路徑優化：分析研究結果
研究團隊利用上述技術路線開展了系列研究，得出以下四個主要結論：
1、節能和減污目標實現路徑呈現較大差異
就減污降碳管理措施而言，行業規模控制和共生技術推廣措施對實現節能目標貢獻較大；原料-產品結構升級和共生技術推廣措施的二氧化硫減排效果較好；末端治理技術推廣的氮氧化物和煙粉塵減排效果較好。此外，共生技術推廣措施顯著拓展了節能減污空間。
2、需加強重點減污降碳協同措施的推廣及應用
應注重重點減污降碳措施的推廣(表2)，并關注部分措施目標沖突風險(如生物質燃料應用技術的碳減排-節能目標沖突，氫能還原鐵、大型煤電機組等設備的節能減排-經濟收益沖突)。
表2. 工業減污降碳重點推廣措施
3、不同地市的行業減污降碳管理效率存在明顯差異
對于鋼鐵行業，煉鐵工序在京津冀地區減污降碳管理效率較高；對于水泥行業，熟料煅燒工序在長江中下游城市群效率較高；河套平原和東南沿海城市的火電行業減污降碳效率較高，但由于該地區屬于高能耗/排放地區，潛力空間和經濟性未必顯著。
4、應因地制宜制定減污降碳目標及實施路徑
對于火電行業，需科學推斷火電行業各地市碳達峰時間，制定差異化的達峰時間目標，實施一地一策，推進有條件地市率先達峰，對于在2030年前達峰有風險的94個地市，合理制定目標，避免“沖鋒式”減排，支撐“雙碳”目標全局統籌、科學有序推進。
三 未來研究展望
上述研究為行業減污降碳管理及政策制定提供了決策支撐，未來我國應持續開展相關研究，在“雙碳”目標約束下的工業減污降碳管理平臺開發、自上而下模型與自底向上模型的耦合連接、CCUS工藝系統優化調控及區域應用路徑研究三方面加強工作(表3)，全面推進減污降碳工作。
表3. 未來研究工作
作者|溫宗國 清華大學環境學院教授
原標題：專家觀點|溫宗國：行業污染物與碳減排的協同效應及路徑優化
