纸包装脱碳

某中心每年配送数十亿个包裹，在确保商品安全送达的前提下，我们力求尽可能减少额外包装的使用。当必须使用额外包装时，我们采用的大多数包装材料均为纸质，包括纸箱、纸质邮寄袋以及部分纸袋。与其他包装材料（如传统塑料）相比，使用纸质包装的可持续性优势在于客户更易回收。然而，与当今大规模生产的任何材料一样，纸张的生产过程也会产生碳排放。

纸包装的碳排放

与纸包装相关的碳排放很大程度上取决于纸厂类型、工艺流程、所用燃料及所产纸品等级。目前，美国最常见的箱板纸厂是使用原生纤维和再生纤维的混合纸厂。再生纤维通常来源于"旧瓦楞纸箱"，这一回收流包括客户回收的某中心纸箱等回收纸箱。原生纤维则通过化学制浆工艺从木屑中提取，该工艺可分解木材中纤维素纤维与粘合纤维的木质素之间的连接。采用再生纤维和原生纤维的箱板纸厂最为普遍，原因在于其能耗低、原材料灵活、成本效益高以及符合监管环境。

对于至少使用部分原生纤维造纸的纸厂，原生纤维制造过程产生的废弃生物质可用作燃料，以减少对化石燃料的依赖。这些废弃生物质包括木材剥皮和削片产生的木材废料，以及制浆过程的副产品残留木质素（常称为黑液）。当这些废弃生物质用作现场蒸汽和发电燃料时，会产生所谓的生物源碳排放。生物源排放是指与自然碳循环相关的二氧化碳排放，包括生物材料燃烧产生的排放。

生物质燃烧产生的生物源排放所释放的二氧化碳是近期（按地质时间尺度）被生物材料（如植物）封存的。美国环境保护署未将生物源排放纳入温室气体报告，并因其对大气二氧化碳浓度的净贡献可忽略不计而视这些排放为碳中性。这与燃烧化石燃料产生的碳排放形成对比，后者确实计入报告的温室气体排放。

2021年，美国纸浆和造纸行业报告的直接碳排放中约74%为生物源排放，其余排放来自化石燃料的使用。如果这些生物源排放被捕获并永久存储，而非释放到大气中，就能生产出较传统方法碳足迹更低的纸张。通过捕获并永久存储生物源碳排放，从技术上讲，可封存的生物源碳可能超过纸张生产相关各种工业过程释放到大气中的化石碳。这种方法通常称为生物能源碳捕获与封存，被政府间气候变化专门委员会视为将全球变暖限制在工业化前水平1.5°C以内所需的关键二氧化碳去除技术之一。

碳捕获与存储技术

碳捕获与存储技术以及可持续管理的森林共同有望打造一个气候解决方案型的造纸行业，使其封存的排放量超过行业释放到大气中的排放量。尽管碳捕获与存储技术展现出帮助减少甚至消除温室气体排放的潜力，但这些技术尚未在大规模应用中得到验证。

为加速碳捕获与存储技术的开发与采用，我们组建了一个多学科团队，提出在某包装供应商运营的箱板纸厂建设碳捕获与存储工厂的概念。该提案是美国能源部清洁能源示范办公室选定的仅四个项目之一。我们的团队包括某纸业、某机构负责设计与工程，以及最初开发碳捕获技术的研究组织某国际研究院。某国际研究院牵头提交了该提案。

该奖项资助金额高达8800万美元，如果我们能成功完成这一首创项目的所有阶段（目标日期2029年），这个大规模示范设施每年将捕获高达12万吨二氧化碳，其中部分为生物源排放。如此规模的碳捕获与存储工厂每年可生产约10万吨脱碳纸张，用于未来某中心纸箱及其他包装，使客户和环境双双受益。

碳捕获技术

碳捕获技术从与燃烧燃料产生热能的燃烧过程相关的废气中吸收和分离二氧化碳。从废气中分离二氧化碳主要有三种方法：1）燃烧前捕获，涉及在燃烧完成前吸收二氧化碳；2）燃烧后捕获，涉及在燃烧过程后吸收二氧化碳；3）富氧燃烧捕获，指在纯氧而非空气中燃烧燃料。采用富氧方法时，废气主要由二氧化碳和水蒸气组成，便于分离二氧化碳。每种吸收二氧化碳的方法在效率、能耗和成本方面各不相同。最成熟的方法是燃烧后捕获。

对于燃烧后捕获，二氧化碳可由易于与二氧化碳结合的液体或固体材料捕获。液体方法通常使用水和20-30%胺化合物的混合物来结合二氧化碳。该过程首先使水-胺混合物与废气接触，选择性地从气流中吸收二氧化碳。吸收二氧化碳后，在另一步骤中加热液体混合物以释放二氧化碳。分离出的二氧化碳可压缩存储，胺则可再生重复使用。这种水-胺液体方法以其高效著称，但能耗也相对较高。固体材料在二氧化碳吸附方面表现出同等良好的性能，但吸附和释放二氧化碳同样需要较高能量。

过去13年间，某国际研究院一直在开发一种不同的水-胺液体，其含水量大幅减少、胺含量增加，以解决传统水-胺溶液的核心挑战。通过显著降低胺基液体中的水含量，某国际研究院的非水性胺溶剂碳捕获技术能够将吸收-再生循环的能耗较传统水-胺液体降低高达36%。

除了降低能耗，非水性胺溶剂技术还因其极低的腐蚀性和增强的物理化学性质而最大限度地降低了运营风险和维护成本。某国际研究院的非水性胺溶剂工艺代表了工业脱碳向前迈进了一步。通过在美国能源部资助的某纸业维克斯堡箱板纸厂项目中部署某国际研究院的非水性胺溶剂技术，有助于证明这种有前景的碳捕获方法的可扩展性。

某中心共同发起《气候宣言》，目标是在2040年前实现运营净零碳排放，比《巴黎协定》提前10年。我们认识到，实现这一宏伟目标需要各行业合作探索和开发尖端碳减排技术，如碳捕获与存储。本项目使某中心能够与其纸质包装供应商合作，扩大并演示某国际研究院的非水性胺溶剂技术，以实现造纸过程脱碳。该项目还将为在纸浆和造纸行业及其他领域（如水泥和钢铁）更广泛地降低风险和推广该技术奠定基础。