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什么是碳排放?怎样算排放量?固体废弃物排放怎样降低?

绿色经济才是人类发展的潮流,已经成为全世界的共识。2020年我国首次提出,中国的碳排放将力争于2030年前达到峰值,努力争取200年前实现碳中和。 那么,什么是碳排放?碳排放量如何计算?固废处理行业的碳排放量如何?我们将逐一进行介绍。 碳排放概念 碳减排减的是温室气体排放量,又常称为碳排放量,常见的温室气体包括二…

绿色经济才是人类发展的潮流,已经成为全世界的共识。2020年我国首次提出,中国的碳排放将力争于2030年前达到峰值,努力争取200年前实现碳中和。

那么,什么是碳排放?碳排放量如何计算?固废处理行业的碳排放量如何?我们将逐一进行介绍。

碳排放概念

碳减排减的是温室气体排放量,又常称为碳排放量,常见的温室气体包括二氧化碳(CO2),甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)等。

那么为什么要进行碳减排?工业革命以来,全球平均气温及平均地面温度都在显著上升,而且温度升高趋势越来越快,造成近年来南北极冰盖破纪录融化、全球海平面上升速度加快、极端气候多发等严重后果。而温室气体排放量的增加就是造成这种现象的主要原因,这已经成为目前科学界的共识。

全球陆地年平均温度变化曲线(图片来源:Whats New – Berkeley Earth (lbl.gov))

全球碳排放总量变化曲线(图片来源:Our World in Data)

为了延缓和遏制全球变暖,上世纪80年代以来,世界各国开始将全球变暖以及碳减排作为正式议程,1979年日内瓦会议上成立了政府间气候变化专门委员会(IPCC);1990年,建立一个气候变化框架条约;直到1997年12月达成的《京都议定书》,世界上主要工业国家在碳减排问题上达成共识,并建立了清洁发展机制(CDM)。

作为一个负责任的大国,中国从全方面积极推动碳减排行动。从“十一五”开始,之后的每个五年中国均制定了详细的节能减排指标,并超额完成相应约束性目标。目前,“十四五”规划继续提出单位国内生产总值能源消耗和二氧化碳排放分别降低 13.5%、18%的目标,并提出了2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的双碳目标。此外,中国从2011年开始探索并建立碳交易市场,2021年,全国碳交易市场落地营运,通过市场化运作来引导碳减排资源的优化配置,从而降低全社会减排成本,对碳达峰、碳中和目标的实现意义重大。

全国碳排放权交易平台界面

碳减排政策的实施过程中,碳排放量的核算是一项基础且重要的事项,量化各项碳排放活动的碳排放强度,赋予碳排放目标实际意义,从而指导碳排放工作有序进行。

碳排放量的核算方式

为了统一全世界范围内的碳排放量核算方式,政府间气候变化专门委员会(IPCC)提供了《2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories》,用于指导国家层面的碳排放核算方法,并根据实际操作过程中遇到的问题进行不断修订,于2019年形成最终成果《2019 Refinement to the 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories》,与2006版指南合并使用,形成碳排放量核算的方法学基础。

针对国家层面的碳排放量核算,分为能源、工业过程和产品使用、农业林业和其他土地利用、废弃物、其他五个部门,每个部门包含各个类别(如交通)和亚类(如轿车)。国家从亚类层面建立清单,清单内包括各种温室气体的排放量,每种气体排放量和清除量的总和即是国家总量。IPCC提供了每个部门工作表和报告的标准模板,并提供了碳排放量评价清单的标准流程。

IPCC碳排放量评价清单标准工作流程

IPCC废弃物部门亚类工作表标准模板

针对每个亚类碳排放量的核算,IPCC提供了标准的核算方法:排放因子法,该方法为目前适用范围最广、应用最为普遍的一种碳核算办法。

温室气体(GHG)排放=活动数据(AD)×排放因子(EF)

其中,AD是导致温室气体排放的生产或消费活动的活动量,如每种化石燃料的消耗量、石灰石原料的消耗量、净购入的电量、净购入的蒸汽量等;

EF是与活动水平数据对应的系数,包括单位热值含碳量或元素碳含量、氧化率等,表征单位生产或消费活动量的温室气体排放系数。EF既可以直接采用IPCC、美国环境保护署、欧洲环境机构等提供的已知数据(即缺省值),也可以基于代表性的测量数据来推算。我国已经基于实际情况设置了国家参数,例如《工业其他行业企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》的附录二提供了常见化石燃料特性参数缺省值数据。

该方法适用于国家、省份、城市等较为宏观的核算层面,可以粗略地对特定区域的整体情况进行宏观把控。但在实际工作中,由于地区能源品质差异、机组燃烧效率不同等原因,各类能源消费统计及碳排放因子测度容易出现较大偏差,成为碳排放核算结果误差的主要来源。

碳减排的实施

为了实现双碳目标,我国提出要建立统一规范的碳排放统计核算体系,国家发改委发布了24个行业温室气体核算方法与报告指南清单,基本涵盖了我国除居民生活外的所有重点行业。24个行业指南中,除了具体计算方法不同,基本结构与核算思路总体一致。碳排放统计核算体系的建立,配合碳交易市场,以市场机制激励排放实体低成本完成碳减排目标,同时也有助于将技术和资金导向低碳发展领域,推动企业发展新旧动能转换,倒逼企业淘汰落后产能、转型升级。

发电设施企业温室气体排放核算工作程序

我国碳排放权交易于2021年7月正式启动,目前仅纳入发电行业重点排放单位。我国碳市场以配额(CEA)市场为主,自愿减排市场为补充,碳交易市场基本流程如下图

所示:

全国碳市场履约交易基本流程(图片来源:碳讯网)

以发电企业为例,排放企业进行碳排放量核算,由主管部门审核后,确定碳排放配额(CEA),排放企业根据自身实际排放量与碳排放配额的差值,配合盈余的企业可以与配额亏损的企业进行交易。此外,一些新能源项目可申请国家核证自愿减排量(CCER),配额亏损企业可通过购买CCER来抵消亏损量。

对不同类别机组所规定的单位供电(热)量的碳排放限值

发电企业的碳排放配额与发电供热量相关,碳排放量为化石燃料燃烧排放量与净购入电力所产生的碳排放量之和,因此企业要做到配合盈余,就需要提高发电效率,降低能耗,进而促进产业升级。

固体废弃物处理碳排放

针对该领域的碳排放核算,国内外均已做了大量研究工作,主要提出了四种碳排放核算方式:IPCC指南、清洁发展机制(CDM)、平衡法、生命周期评价法。不论计算方式如何改变,其本质均为核算碳元素的转化过程。与上一期中提到的发电企业类似,不论何种处理技术,必须通过降低碳元素的排放或提高资源化,才能在碳交易中占据优势地位。

固体废弃物处理技术包括填埋、焚烧、堆肥、厌氧发酵等,大量学者对各项技术进行了碳排放分析。

郝晓地等人研究了餐厨垃圾处置方式及其碳排放分析,文中分析了5种餐厨垃圾处置方式:填埋、堆肥、粉碎直排、厌氧消化、综合处置,并做出以下结论:

(1)5种餐厨垃圾处置方式产生的总ECO2量顺序为:填埋>综合处理>粉碎直排>堆肥>厌氧消化。填埋总ECO2最大,虽然被回收的CH4(不足33.0 %)用于发电可抵消530 t ECO2/a,但是处理环节释放的CH4亦高达2660 t ECO2/a,致使填埋总ECO2达3190 t ECO2/a。

(2)餐厨垃圾厌氧消化抵消的ECO2(1170 t ECO2/a)最大,主要是因为厌氧消化产生的沼气用于CHP产生热能、电能与沼渣用作肥料能抵消大量ECO2。

根据上述计算,以我国14亿人口为基准,全国餐厨垃圾若全部填埋处理,每年碳排高达4466 万t ECO2/a,甚至超过全国污水处理碳排总量(3985 万t ECO2/a)。而全部以厌氧消化方式处理,则可实现碳汇1316 万t ECO2/a。

五种处理方式流程图

五种处理方式碳排放量对比

清华大学王凯军教授团队发表的文章《餐厨垃圾不同“收集-处理”模式的碳排放估算对比》中,采用IPCC指南的碳核算方法对集中好氧堆肥、集中厌氧发酵、分散式好氧堆肥三种方式进行了详细的测算。

三种模式碳排放研究边界

不同餐厨垃圾处理模式碳排放总量

不同餐厨垃圾处理技术碳减排空间

结论如下:(1)3种处理模式碳排放总量,集中式好氧堆肥>分散式好氧堆肥>集中式厌氧发酵。厌氧发酵处理技术碳减排优势明显大于好氧堆肥技术,厌氧发酵产物可以进行充分的资源化利用,理想情况下,其总碳减排空间为好氧堆肥的22倍。(2)分散式处理模式在运输方面具有碳减排优势,而且减少了无组织逸散的碳排放,在末端电耗控制较好的情况下,相比于集中处理模式可以减少碳排放760.91kg。

总体而言,针对有机固体废弃物,例如厨余垃圾、农林废弃物、污泥等,采用厌氧发酵处理技术,在碳交易市场拥有较大优势,能够获取一定收益。参考郝晓地文章结论,100t/d的餐厨垃圾项目,采用厌氧发酵处理技术,每年实际碳排放量230tECO2,而热电肥产品产生的碳减排量为1170tECO2,最终折合每年碳排放量为-940tECO2,若按照目前我国碳交易市场成交价格58.5元/tECO2,则每年收益可达54890元。

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