鐘培元

（貴州理工學(xué)院，貴陽(yáng) 550003）

目前，化石能源仍然是人類社會(huì)的主要能源形式，而化石能源燃燒帶來(lái)的碳排放是造成全球變暖等環(huán)境問(wèn)題的主要原因[1]。因此，隨著世界范圍內(nèi)對(duì)環(huán)境保護(hù)的愈加重視，降低碳排放成為人們的共識(shí)。自碳達(dá)峰碳中和（簡(jiǎn)稱“雙碳”）目標(biāo)提出以來(lái)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排及以此為契機(jī)推動(dòng)能源革命和產(chǎn)業(yè)升級(jí)成為我國(guó)當(dāng)前工作的重點(diǎn)。基于此，碳排放測(cè)算研究成為推動(dòng)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。一方面，合理的碳排放測(cè)算有助于了解碳排放量及其分布，以制定合理的減排措施，并為能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整提供依據(jù)。另一方面，碳排放測(cè)算可以評(píng)估不同減排措施的效果，并為制定更加有效的減排方案提供參考。

碳排放的來(lái)源及影響因素廣泛。首先，化石能源燃燒是碳排放的主要來(lái)源，可以分為兩類，一是煤炭、石油、天然氣等化石能源直接燃燒所造成的一次碳排放，二是化石能源轉(zhuǎn)換所得到的電能、熱能消耗所帶來(lái)的二次碳排放[2]。其次，一些工業(yè)生產(chǎn)也會(huì)產(chǎn)生碳排放，例如，水泥等建材的生產(chǎn)除會(huì)消耗化石能源外，也會(huì)因石灰石、硅酸鹽和黏土等原材料在高溫下分解而產(chǎn)生碳排放[3]。此外，固體廢棄物處理過(guò)程的焚燒行為也會(huì)使含碳固體廢棄物與氧氣反應(yīng)，生成二氧化碳，從而增加碳排放量[4]。目前，國(guó)內(nèi)外碳排放測(cè)算研究集中在化石能源燃燒和工業(yè)生產(chǎn)[5-7]。本文結(jié)合碳排放來(lái)源，即化石能源燃燒、工業(yè)生產(chǎn)和固體廢棄物焚燒，并借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，提出碳排放測(cè)算方法，計(jì)算貴州省碳排放量，分析其發(fā)展趨勢(shì)。

1 碳排放測(cè)算方法

1.1 化石能源燃燒碳排放

直接碳排放是由化石燃料直接燃燒而產(chǎn)生的碳排放，它不僅包含煤炭、石油和天然氣作為一次能源直接燃燒所產(chǎn)生的碳排放，也包含由化石能源轉(zhuǎn)換為電能、熱能所產(chǎn)生的碳排放。由于電能、熱能生產(chǎn)的碳排放也是消耗傳統(tǒng)化石燃料所產(chǎn)生的，因此這部分碳排放可統(tǒng)一包含在化石能源燃燒碳排放計(jì)算中。借鑒已有研究成果，化石能源燃燒的碳排放量可直接通過(guò)各類化石能源的排放系數(shù)與各自消耗量的乘積得到，如式（1）所示[8]。

式中：C化為化石能源燃燒產(chǎn)生的碳排放量；P煤、P油、P氣為煤炭、石油、天然氣的碳排放系數(shù)，其含義為每一種能源燃燒過(guò)程中單位能源所產(chǎn)生的碳排放量；E煤、E油、E氣為煤炭、石油、天然氣換算為標(biāo)準(zhǔn)煤的消耗量。

1.2 工業(yè)生產(chǎn)碳排放

在工業(yè)生產(chǎn)中，除化石能源消耗外，還可能因生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的各類化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生碳排放，主要包括水泥和鋼鐵生產(chǎn)。

水泥生產(chǎn)過(guò)程需要消耗碳酸鈣等含碳礦物，這些含碳礦物在高溫下會(huì)分解并釋放二氧化碳。水泥生產(chǎn)過(guò)程的碳排放量可以采用式（2）計(jì)算。

式中：C水泥為水泥生產(chǎn)過(guò)程的碳排放量；AD為貴州省水泥年產(chǎn)量；EF為水泥生產(chǎn)過(guò)程的平均排放因子，借鑒已有研究成果，取0.55[9]。

鋼鐵生產(chǎn)中同樣會(huì)產(chǎn)生一定的碳排放。一是鋼鐵冶煉中化石能源燃燒產(chǎn)生的；二是鋼鐵生產(chǎn)中需要摻加一定的石灰石、白云石等含碳礦石作為熔劑，以與鐵礦石中的二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈣，由此產(chǎn)生碳排放。由于鋼鐵生產(chǎn)中的化石燃料消耗、電能消耗已經(jīng)在化石能源燃燒碳排放中予以考慮，這里僅考慮鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中燒結(jié)、煉鐵、煉鋼等工序含碳熔劑使用所產(chǎn)生的碳排放，其計(jì)算公式如式（3）所示[10]。

式中：C鋼為鋼鐵生產(chǎn)中含碳熔劑反應(yīng)產(chǎn)生的碳排放量；Mi為第i種熔劑的消耗量；EFi為第i種熔劑的二氧化碳排放因子，參照《中國(guó)鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南（試行）》的碳排放因子缺省值。

1.3 固體廢棄物焚燒碳排放

工業(yè)生產(chǎn)和居民生活中將不可避免地產(chǎn)生大量固體廢棄物，這些固體廢棄物一般可分為一般工業(yè)固體廢棄物、危險(xiǎn)廢物和生活垃圾三種。對(duì)于固體廢棄物的處理，目前主要包括回收利用、處置和貯存三個(gè)方面。近年來(lái)，隨著固廢利用政策和技術(shù)的大力推廣，固體廢棄物得到有效的回收利用，但仍有許多廢棄物需要采用焚燒方式進(jìn)行處理。對(duì)于含碳的固體廢棄物，其焚燒過(guò)程不可避免地產(chǎn)生碳排放。固體廢棄物焚燒的碳排放量可采用式（4）進(jìn)行計(jì)算[11]。

式中：C固為含碳固體廢棄物焚燒所產(chǎn)生的碳排放量；IWi為第i種固體廢棄物的焚燒量；CCWi為第i種固體廢棄物的含碳比例；FCFi為第i種固體廢棄物中礦物碳在碳總量中的比例；CEi為第i種固體廢棄物的燃燒效率；44/12 表示碳元素轉(zhuǎn)換為二氧化碳的系數(shù)，由于碳的原子量為12，轉(zhuǎn)換為二氧化碳后的原子量為44，質(zhì)量為1 的碳元素將會(huì)轉(zhuǎn)換為44/12 質(zhì)量的二氧化碳。

2 貴州省碳排放測(cè)算

2.1 化石能源燃燒碳排放測(cè)算

煤炭、天然氣、汽油和柴油的消費(fèi)量數(shù)據(jù)根據(jù)歷年中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒和貴州統(tǒng)計(jì)年鑒查取。按照歷年中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒的推薦值，將各能源轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)煤后，再計(jì)算碳排放系數(shù)，如表1所示。采用式（1）對(duì)化石能源燃燒碳排放進(jìn)行計(jì)算，并計(jì)算煤炭來(lái)源的碳排放量占化石能源燃燒碳排放量的比例，結(jié)果如圖1所示。

圖1 化石能源燃燒碳排放計(jì)算結(jié)果

表1 各化石燃料碳排放系數(shù)取值

從圖1 可以看出，貴州省化石能源燃燒碳排放量在2017—2021年總體接近，且煤炭來(lái)源的碳排放量仍是化石能源燃燒碳排放量的主要來(lái)源。煤炭來(lái)源的碳排放量占化石能源燃燒碳排放量的比例在84%以上，但呈現(xiàn)出逐年降低的趨勢(shì)，表明天然氣及石油類燃料在能源中的占比逐年增大。

2.2 工業(yè)生產(chǎn)碳排放測(cè)算

貴州省水泥和鋼鐵產(chǎn)量可在國(guó)家統(tǒng)計(jì)局官網(wǎng)進(jìn)行查取，將2017—2021年水泥產(chǎn)量代入式（2），可以計(jì)算出水泥生產(chǎn)的碳排放量。對(duì)于鋼鐵產(chǎn)業(yè)中作為熔劑材料的白云石、石灰石的消費(fèi)量，目前尚缺少可靠的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。根據(jù)相關(guān)研究[12]，每生產(chǎn)1 t 鋼材，大約需要使用石灰石或白云石20 kg，可據(jù)此通過(guò)鋼鐵產(chǎn)量對(duì)白云石及石灰石的消費(fèi)量進(jìn)行計(jì)算，并取熔劑的碳排放因子為石灰石和白云石的均值，即0.455 5 kg CO2/kg 熔劑。按照式（3）計(jì)算鋼鐵生產(chǎn)環(huán)節(jié)作為熔劑的白云石和石灰石高溫分解所產(chǎn)生的碳排放量。相關(guān)計(jì)算結(jié)果如圖2所示。圖2 顯示，工業(yè)生產(chǎn)的碳排放量相對(duì)穩(wěn)定，總體呈降低趨勢(shì)。

圖2 工業(yè)生產(chǎn)碳排放計(jì)算結(jié)果

2.3 固體廢棄物焚燒碳排放測(cè)算

一般工業(yè)固體廢棄物主要有高爐渣、鋼渣、赤泥、有色金屬渣和粉煤灰等，可燃性一般較差或不具備可燃性，一般多通過(guò)回收利用、填埋等方式處理。因此，這里僅考慮危險(xiǎn)廢物和生活垃圾的焚燒碳排放。目前，危險(xiǎn)廢物和生活垃圾的含碳比例（CCW）、礦物碳在碳總量中的比例（FCF）和燃燒效率（CE）的一般取值如表2所示。

表2 固體廢棄物相關(guān)計(jì)算參數(shù)取值

生活垃圾焚燒量和危險(xiǎn)廢物處理量數(shù)據(jù)通過(guò)歷年中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒查取，并將查取數(shù)值和表2 參數(shù)代入式（4），即可計(jì)算固體廢棄物焚燒的碳排放量，結(jié)果如圖3所示。從圖3 可以看出，固體廢棄物焚燒的碳排放量較少，但呈逐年遞增的趨勢(shì)。經(jīng)分析，主要原因是隨著城市人口的增長(zhǎng)和居民生活水平的提升，城市生活垃圾產(chǎn)生量持續(xù)增加。

圖3 固體廢棄物焚燒碳排放量計(jì)算結(jié)果

2.4 總碳排放量測(cè)算

分別對(duì)化石能源燃燒、工業(yè)生產(chǎn)和固體廢棄物焚燒的碳排放量進(jìn)行測(cè)算，將三者相加，得到貴州省總碳排放量測(cè)算結(jié)果，如圖4所示。3 種來(lái)源的碳排放量占總碳排放量的比重如表3所示。

圖4 貴州省碳排放量測(cè)算結(jié)果

表3 3 種碳排放來(lái)源所占比重

從圖4 和表3 可以看出，貴州省碳排放量近年來(lái)總體呈降低趨勢(shì)，且化石能源燃燒的碳排放量占最大比重。工業(yè)生產(chǎn)的碳排放量總體相對(duì)穩(wěn)定，其排放量占總碳排放量的15%～19%，對(duì)總碳排放量的影響不容忽視。固體廢棄物焚燒的碳排放量總體占比較小，但呈現(xiàn)逐年遞增趨勢(shì)。

3 結(jié)論

煤炭來(lái)源的碳排放量占化石能源燃燒碳排放量的比重最大，但呈現(xiàn)出逐年降低的趨勢(shì)。固體廢棄物焚燒的碳排放量較少，但呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì)，這主要是由城市人口增長(zhǎng)和居民生活水平提升造成的。貴州省碳排放量近年來(lái)總體呈降低趨勢(shì)，化石能源燃燒的碳排放仍是貴州省碳排放的主要來(lái)源，工業(yè)生產(chǎn)的碳排放量相對(duì)穩(wěn)定，總體呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。