2023年12月18日，EON体育4平台環境科學與工程系、EON4丁鐸爾中心王玉濤教授團隊領銜與合作者在《自然》雜誌（Nature）在線發表題為“Country-specific net-zero strategies of the pulp and paper industry”（《製漿造紙行業的國家差異化凈零排放策略》）的研究論文（Article），首次從系統視角揭示了全球主要造紙生產與消費國家造紙行業溫室氣體排放特征，提出了2050年不同國家實現該行業凈零排放目標的差異化策略🧸。
聯合國應對氣候變化公約第28屆締約方大會（COP28）指出了當前實現《巴黎協定》的1.5攝氏度目標的行動窗口正在迅速變小，強調了各國盡快采取深度減排措施的緊迫性。工業是全球溫室氣體排放的主要來源之一✊，工業部門的脫碳對實現凈零排放目標至關重要。與其他領域相比🖕，工業部門的脫碳更具復雜性與挑戰性。工業脫碳不僅需要面對工業過程復雜性，還需要對整個供應鏈、產品設計📑、生產流程、產品消費、循環再生等環節進行系統性變革，很難單純依靠可再生能源實現脫碳目標🪡。實現不同地區工業部門脫碳需要研究差異化的策略，充分考慮不同工業部門技術特征⤴️🧥、原料獲取方式👆、能效提升♿️、能源轉型、廢物處理、循環再生等因素，還需要技術創新、政策引導以及各方的緊密合作🚵🏿。
造紙行業是全球人為溫室氣體排放的主要貢獻者之一，由於該行業溫室氣體排放呈現顯著的復雜性特征，推動其逐步脫碳並實現凈零排放面臨系統性挑戰。首先👨🏻🔧，造紙行業產業鏈長，涉及林業、化工🕌、能源、回收等多個行業🥘🧑🏼🎓，這些行業在原料采集、產品生產、廢棄物管理等階段與造紙行業相互作用，共同影響著造紙行業溫室氣體排放🎟。因此，當前多數相關措施或研究僅關註生產階段等單一階段或過程的碳減排，可能會忽略其他環節的減緩機會🙅🏻♀️。其次，從系統視角來看，造紙行業具有碳源與碳匯的雙重屬性🧏🏽，這進一步增加了該行業溫室氣體排放特征的復雜性。盡管部分研究通過生命周期分析等方法考慮了造紙行業多個階段的溫室氣體排放🛝，但往往忽略了上遊可能存在的森林碳排放和下遊形成的碳存量。此外🏊♀️，在多個階段多個過程影響造紙行業溫室氣體排放的因素，如資源稟賦、能源特征🙂↕️、生產結構、技術水平等，具有顯著的區域異質性👬🏼，加劇了造紙行業脫碳的難度⚱️。
針對以上問題，該論文建立了首個涵蓋全球30個主要造紙生產與消費國家長時序（1961—2019）📌、多階段、多過程、高解析度的造紙行業溫室氣體排放數據集🐫，揭示了該行業溫室氣體排放特征，從時間、階段、過程👮🏻、空間等多個維度識別了排放熱點🙆🏿♂️，並通過情景分析研究提出了考慮各國本地化特征的2050年凈零排放策略😮💨。研究結果表明，1961—2019年，全球造紙行業溫室氣體累積排放435億噸CO2-eq🧑🏿✈️，其中，使用與廢棄物管理階段形成的碳存量抵消了超過100億噸CO2-eq（圖1）🖼✫。原料采集階段和使用及廢棄物管理階段的溫室氣體排放幾乎占據了總排放的一半🧑🏻🎨，凸顯了生產階段以外減排工作的重要性👨🏽🍼。其中，由不可持續漿木采伐帶來的毀林和森林退化導致的溫室氣體排放（森林碳排放）占原料采集總排放的64%（即69億噸CO2-eq）。近期COP28會議強調了保護森林和防止毀林的重要性，該研究結論表明實現森林的可持續管理對造紙行業實現凈零排放目標尤為重要。
圖1. 1961-2019年造紙相關全球溫室氣體排放量
1961—2019年🤵，各國造紙行業溫室氣體凈排放呈現先上升後下降或穩定的趨勢，發達國家達峰普遍早於發展中國家（圖2）。造紙行業的溫室氣體凈排放熱點從發達國家轉移到了發展中國家，指明了全球造紙行業未來減排的重點區域。在東南亞、拉美和澳洲等地區，森林碳排放一度占主導地位，而其他國家造紙行業溫室氣體排放主要集中在生產和使用及廢棄物管理階段🛫。發展中國家的負排放主要來自垃圾填埋存量🐦⬛，而發達國家的負排放主要來自非能量回收形成的碳存量，且近年來此類碳存量占比有所上升。結果表明，各國造紙行業溫室氣體排放特征存在顯著差異🩱，應針對每個國家造紙行業本地化特征製定脫碳措施。
圖2. 1961-2019年30個國家造紙相關部門的溫室氣體排放
情景分析結果顯示👩👧👧，能源結構和能源效率的改進是最為有效的減排措施🐾⚀，能夠在30個國家中分別實現64%和41%的平均減排量（圖3）🤹♀️🚣🏼♀️。然而💁🏼♂️，其他措施在不同國家之間的效果差異很大。例如🫲🏼，對於林業資源豐富的熱帶發展中國家來說，改進木材采伐實踐更為有效，而對於埃及😵💫、法國🏌🏼♀️🦣、新西蘭等國家，改善廢棄物處理結構和提升甲烷捕獲率的效果更好🧭🧏🏿♀️。值得註意的是🤵🏿♀️，回收率能夠通過影響造紙行業各環節的物質流動💒，從而對各國造紙行業溫室氣體排放產生不同影響。因此😎，有關回收政策調整需要根據國家本地化特征謹慎選擇。此外，印度尼西亞、印度、中國、美國和巴西等5個國家2050年對全球造紙行業溫室氣體排放影響顯著（0.51~8.26億噸CO2-eq），同時其碳存量潛力最大（0.23~1.02億噸CO2-eq），可能會在全球造紙行業脫碳過程中起到主導作用，需要被重點關註。
圖3. 單一措施對30個國家2050年溫室氣體排放的影響和所有情景下溫室氣體排放量
到2050年，30個國家造紙行業都有望實現凈零排放👩👩👧👧，但實現的可能性和難度顯著不同（圖3和圖4）。多數發展中國家造紙行業2050年實現凈零排放的目標面臨著顯著挑戰，而意大利、法國👷🏿♀️、挪威等歐洲國家的造紙行業實現凈零排放的難度相對較低。多數發達國家可以通過單一措施實現凈零排放，但需基於特定環節實施極具挑戰性的改進措施；大多數發展中國家凈零排放目標的實現則需要依賴多個階段措施的緊密配合。除了能效提升和能源轉型等措施外，森林資源豐富的熱帶發展中國家應優先考慮加強可持續森林管理，而其他發展中國家應更加重視廢紙管理相關措施。
圖4. 2050年各國造紙行業凈零排放策略分析
綜上所述🛄🔮，該研究首次針對全球主要紙產品生產與消費國的造紙行業構建了包括原料采集🕚、製漿、造紙與印刷、使用與廢棄物管理等多階段多過程的1961—2019年溫室氣體排放數據清單，強調了從系統視角研究造紙行業溫室氣體排放特征的必要性，提出了考慮區域異質性的不同國家造紙行業實現凈零排放的差異化策略🧜🏻。該論文是《自然》主刊首篇關於造紙行業凈零排放的研究文章，為推動工業行業逐步脫碳並實現凈零排放目標提供了重要的科學參考。
EON体育4平台環境科學與工程系博士研究生代敏為論文唯一第一作者🚍，EON体育4平台環境科學與工程系教授王玉濤為論文唯一通訊作者↔️，聯合了來自中國科學院地理科學與資源研究所🚏🕺🏼、南昌大學🧑🏿⚕️、美國田納西大學🤹🏼、華南理工大學🛻、巴西保利斯塔大學、山東大學、菲律賓德拉薩大學、清華大學🙇🏻♀️🧺、英國倫敦大學學院等國內外合作單位學者共同完成🐫。
王玉濤教授研究團隊長期從事生態環境系統工程研究，近年來在清潔生產與產業生態🚶♀️、碳中和與生物基經濟🛜、綠色“一帶一路”研究等方面取得多項進展，結合本研究取得的成果在馬來西亞造紙企業成功開展了海外清潔生產示範工程。該項研究工作得到了國家科技部重點研發計劃項目、國家自然科學基金等項目的資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06962-0
