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2021年9月13日，同濟大學環境科學與工程學院何品晶教授，在2021(第九屆)上海固廢熱點論壇上以“固體廢物處理技術碳排放核算方法研究與思考”為題，介紹了碳排放核算方法，及其在固體廢物處理領域的應用研究成果，并對固廢領域未來碳排放研究發展進行前瞻。
同濟大學環境科學與工程學院教授、博士生導師
固體廢物處理與資源化研究所所長 何品晶
2021年9月13日，同濟大學環境科學與工程學院何品晶教授，在2021(第九屆)上海固廢熱點論壇上以“固體廢物處理技術碳排放核算方法研究與思考”為題，介紹了碳排放核算方法，及其在固體廢物處理領域的應用研究成果，并對固廢領域未來碳排放研究發展進行前瞻。
在9月13日的2021(第九屆)上海固廢熱點論壇上，何品晶以“固體廢物處理技術碳排放核算方法研究與思考”為題，與參會嘉賓一起探討當下最“時髦”的話題之——碳排放，重點討論了碳排放核算方法相關內容。
背景討論
何品晶認為，討論碳達峰、碳中和的前提是需要知道到底有多少碳排放了，如何核算，這些問題是目前科研人員最關注的。關于碳排放，學術界目前已經達成一些共識，認為人類活動排放的二氧化碳是導致氣候變化、極端化的主要因素之一，同時人類活動排放的二氧化碳也是全球變暖的主因。國際層面就此開展了一些標志性的工作，比如《京都議定書》、《巴黎氣候協定》等。在1997年，《京都議定書》就提出“碳減排是各國普遍但有區分的責任，發達國家應承擔主要責任”，并提出了碳排放的額度可以進行買賣的碳交易機制雛形。但是，到目前為止，《京都議定書》發揮的作用十分有限。因此，2015年開始有了《巴黎協定》，《巴黎協定》提出的目標是“保證全球升溫小于2度，爭取達到1.5度。使全球碳排放盡快達峰”。
從國內來看，眾所周知，2020年9月22號，習近平主席在第75屆聯合國大會提出“3060”的目標。同年12月12號，在聯合國氣候雄心峰會又進一步提出2030年不單要碳達峰，碳排放強度要較2005年下降65%，非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右。十三屆全國人大四次會議提出，“十四五”期間單位GDP二氧化碳排放降低18%。今年3月15號，中央財經委員會第九次會議指出，碳達峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革。今年5月份，國家發改委提出了《投資專項管理辦法》，7月30號，中央政治局提出要以問題為導向，實事求是、尊重規律、循序漸進、先立后破，穩中求進地采取相關措施。這些構成了我國這一階段碳達峰、碳中和工作的背景。
碳排放核算方法
何品晶介紹，目前碳排放的核算方法主要有以下四種：
國家溫室氣體清單(IPCC)指南
首先，是政府間氣候變化專門委員會(IPCC)在2006年提出了國家溫室氣體清單指南，根據不同層次的數據來源，核算、評估某一個具體過程的碳排放。比如，針對垃圾填埋過程、垃圾焚燒過程，都提出了核算評估的層次選擇決策樹，核算程序相對清晰。
以填埋場的碳排放核算為例，有一些基本的共識。比如，主要的碳排放來源為甲烷(二氧化碳當量25)，通過一階動力學模型計算可以核算生活垃圾填埋過程中形成的碳排放量。上述是具體的計算公式。何品晶強調，核算過程中的一些數據是非常個性化的，包括可降解有機碳含量、厭氧條件下可降解的有機碳含量等。若直接采用發達國家(如美國、歐盟等)的數據并不能準確說明我國的實際情況。
另外，以垃圾焚燒碳排放核算為例，目前學術界的共識認為，化石碳的燃燒氧化過程是垃圾焚燒廠碳排放的直接途徑。與垃圾填埋過程碳排放核算類似的是，核算過程中同樣存在大量個性化數據的使用，包括垃圾組分、干物質含量、干物質中的碳含量、總碳中的化石碳含量等。這些高度個性化的數據，在不同的國家，甚至同一國家的不同地區都是不一樣的，相應的碳排放核算結果也會有較大差異。
同樣，在有機質處理過程的碳排放核算中也存在個性化數據的需要。
清潔發展機制(CDM)
第二種核算方法是清潔發展機制。
CDM方法中的核心公式是：
碳排量=基準排放-項目排放-泄露排放
詳細的計算過程和方法可參見圖中公式。它實際上可以認為是IPCC指南方法的繼承與發展。
平衡法(BM)
第三種常見核算方法是平衡法，該方法是由奧地利Fellner團隊開發建立的適合焚燒廠碳排放核算的方法，在歐洲一些國家的焚燒廠中有廣泛的應用。平衡法中，將化石源組分對應的碳排放視為直接的碳排放，主要通過聯立元素、質量、能量等平衡方程組求解的方式進行核算。具體的過程和方法可以參見上圖中的公式。
生命周期評價
第四種碳排放核算方法是基于生命周期評價的方法。該方法基于生命周期思考(Life Cycle Thinking, LCT)，過程包括“從搖籃到墳墓”，內容涵蓋包括環境、經濟和社會三方面的影響;目的是減少資源消耗、削減污染排放、提高社會經濟效益。
生命周期評價方法不僅可以核算固廢處理過程的碳排放情況，還能定量評價多種環境影響類別。以首個綜合性的生命周期影響評價(Life Cycle Impact Assessment, LCIA)模型ReCiPe為例，其中的影響類別不僅包含全球變暖潛勢(Global Warming Potential, GWP;與碳排放直接相關的指標)，還包含顆粒物排放、對流層臭氧生成、平流層臭氧層破壞和化石燃料耗竭等。
將上述四種核算方法進行比較后可以發現，這些核算方法分別可以適應不同的過程。一般來說，這些方法對于固體廢物處理的典型工藝過程都是比較適用的。但是，核算的工作量是有所區別的：有一些方法是比較簡單的，相應的，它的過程、結果可能也有疑問，爭議比較多;有一些方法比較復雜，需要很多數據，需要模型，結果也更加符合實際?？傮w來看，全生命周期的方法需要所有環節的參數和可靠的數據庫支持。
固廢處理碳排放研究
何品晶介紹，近十年來何品晶帶領的團隊在碳排放研究方面進行了一些探索研究，這些研究針對不同的主題。比如，針對填埋場覆蓋土，研究了填埋場覆蓋土是否可對甲烷有氧化作用，并嘗試計算這一過程中溫室氣體排放的規律;再比如，針對垃圾焚燒過程，研究了垃圾組分對垃圾焚燒碳排放的影響等。
其中，2012年何品晶團隊發表的一篇文章中，依據所收集的當時中國6個城市垃圾焚燒廠的運行數據，通過生命周期的方法核算了各廠的碳排放情況。結果顯示，當時我國的垃圾焚燒廠是碳源;而同一時期，歐洲發達國家的研究顯示垃圾焚燒廠是碳匯，得到了截然不同的結論。研究發現，垃圾的組分和發電的效率是造成當時我國垃圾焚燒的碳排放和歐洲國家碳排放差異的主要關鍵因素。另外，根據情景分析結果，如果當時入廠垃圾中的廚余垃圾減半，即含水率下降，可以明顯減少碳的排放。
2013年的一篇文章中，何品晶團隊研究了填埋過程中的碳排放。文中設定了4個填埋場景，包括簡易填埋、衛生填埋無填埋氣收集系統、衛生填埋配備填埋氣收集系統且氣體用火炬焚燒處理、衛生填埋配備填埋氣收集系統且氣體發電利用。研究結果顯示：對于中國來說，填埋氣主要源于易腐垃圾;且填埋氣如何處理、是否利用，對于碳排放的影響非常大。
次年，何品晶團隊針對填埋場的建設和運行過程的碳排放做了單獨的系統研究。研究內容包括填埋場場地的準備、填埋主體的建設過程，其他設施的建設以及運行過程(不含滲濾液和填埋氣體處理)。結果發現，主體建設、其他設施建設和運行過程當中主要是碳源，主要貢獻來源是柴油和水泥的消耗。
上述幾篇研究論文證實垃圾成分對碳排放的影響非常大，因此，2018年何品晶團隊和丹麥技術大學團隊在《Journal of Environmental Science》上發表了一篇封面文章，比較了我們國家的垃圾成分和歐洲國家的垃圾成分差異，初步建立了我國生活垃圾性質數據集。
對于填埋過程來說，噸垃圾滲濾液產生量對填埋過程的碳排放影響較大，所以，團隊也對全國各地(西北、北方和南方)填埋場的滲濾液產量建立了預測模型。
近年來，垃圾分類成為新時尚。從碳排放的角度看，垃圾分類對某一個特定的場景或者城市到底有沒有影響?這是一個很有趣也很重要的問題。因此，何品晶團隊以上海市的垃圾分類為對象，設定不同的場景進行碳排放分析。此次研究中用到的數據都是最新收集的，包括焚燒發電、衛生填埋(現在獲得這些實際的運行數據應該說比十年前容易很多)。同時，我們也做了不確定性和敏感性的分析。
研究發現，垃圾分類可以大大減少碳排放。為什么會有這樣的結果呢?在上海，現在要求原生垃圾零填埋，前文研究中發現了填埋過程的碳排放非常強烈，因此，原生垃圾的零填埋是碳減排最大的驅動力。另外，針對垃圾分類后的焚燒過程進行分析發現，干垃圾中的塑料織物類成分比例提升，提高了垃圾熱值量，但同時化石碳含量也提升了，這兩個因素對碳排放起著相反的作用。然而，由于上海電力背景排放值較低，塑料織物類組分的比例提高對焚燒發電廠而言反而使得碳排放增加了。但是，對比前面的案例，焚燒發電的碳排放較2009年和2010年的碳排放值仍然呈現明顯的下降趨勢。另外，研究發現，現在的計算場景設定沼渣未進一步利用，若沼渣能夠土地利用，那么整個垃圾分類過程的碳排放將有望進一步降低。
碳排放研究發展前瞻
這些研究結果給我們很多啟示，有一些問題值得進一步討論。以生命周期評價為例，該方法在研究論文中廣泛使用，但這些方法也存在一系列問題。比如說，追溯上游可以是無限的、設定的系統邊界帶有研究者本身的主觀性、不同的廢物處理工藝或者廢物處理系統需要本土的數據，即前文中多次提到的個性化的數據，而這些數據實際上是缺失的或者不成體系的。
另外還有很多問題，相對來說，生活垃圾研究比較多，但是除了生活垃圾之外，其他固體廢物碳排放的研究基礎很不足，這也是我們以后工作主要面臨的問題。
因此，我覺得今后的研究方向有以下幾個方面：
第一，需要統一向上追溯邊界，邊界需要統一。
第二，需要數據上嚴謹、客觀的系統邊界，需要建立客觀、嚴謹、科學的系統邊界設定方法。
第三，需要數據，需要系統化的固廢處理過程本土數據，需要形成能夠支撐碳排放核算評估的中國特色的地方數據。
第四，需要擴大研究對象至危險廢物、工業固廢、建筑垃圾等，需要提升這些對象的方法適應性。
第五，豐富應用場景，這些都需要數據支撐。
從我們上述初步的研究探索發現，實際上減量化和資源化是實現碳減排的根本途徑。固廢管理有“三化”，是一個倒置的三角形，這個順序和強調邏輯與碳減排實際是完全一致的。同時，低碳不等于低污染，污染控制指標和碳排放指標應該同樣引起重視。
原標題：何品晶：固體廢物處理技術碳排放核算方法研究與思考
