有機垃圾處理設施的碳排放與碳減排如何核算?

文章來(lái)源:中城環(huán)境史波芬2024-03-26 08:55

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“以廚余垃圾厭氧發(fā)酵項目為例,廚余垃圾厭氧發(fā)酵過(guò)程中可以產(chǎn)生沼氣、沼渣、粗油脂等副產(chǎn)物,經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的加工利用,可以用于發(fā)電、供熱、制備有機肥、生產(chǎn)生物柴油等,而這些資源化產(chǎn)品具備替代傳統化石燃料生產(chǎn)和使用過(guò)程中排放的減排效益。”在 2024 年 3 月蘇州召開(kāi)的“第十一屆廚余垃圾資源化利用論壇”上,中城院(北京)環(huán)境科技股份有限公司零碳研究院院長(cháng)史波芬女士指出。

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會(huì )上,她主要介紹了有機垃圾厭氧處理設施溫室氣體的核算邊界和需要考慮因素,并結合《溫室氣體排放核算與報告標準有機垃圾厭氧處理廠(chǎng)》核算公式,以有機垃圾處理設施為例,評估整個(gè)設施是否實(shí)現碳減排,從而確定哪些環(huán)節在降碳方面具有優(yōu)化潛力。

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一、核心觀(guān)點(diǎn)

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有機垃圾資源化處理具備減排潛力。根據中國沼氣學(xué)會(huì )預測,到 2030 年和 2060 年,我國有機垃圾可獲得沼氣生產(chǎn)潛力分別為 1690 億m3和 3710 億m3,僅從替代傳統化石能源角度考慮,可實(shí)現減排 3.0 億tCO2e 和 6.6 億tCO2e。 本文`內-容-來(lái)-自;中_國_碳_交^易=網(wǎng) tan pa i fa ng . c om

目前的溫室氣體核算有區域層面、全生命周期層面、組織層面和項目減排層面,由于邊界條件、考慮范圍、核算方式不同,有機垃圾項目核算結果也是不一樣,我們需要將溫室氣體核算放在同一個(gè)維度、同一個(gè)層級去比較。

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以往有機垃圾的減排量是以填埋作為基準線(xiàn)對比的,減排效益考慮的是沼氣資源化利用和避免填埋甲烷排放。隨著(zhù)我國原生垃圾“零填埋”的要求和行業(yè)發(fā)展趨勢,以填埋作為基準線(xiàn)情景可能已不再適用。 本+文+內/容/來(lái)/自:中-國-碳-排-放(交—易^網(wǎng)-tan pai fang . com

有機垃圾厭氧處理設施溫室氣體排放核算不僅要考慮處理設施的直接排放,還應考慮能源/交通運輸間、上下游之間的間接排放,以及對厭氧處理產(chǎn)生的沼氣、沼渣、粗油脂等資源/能源產(chǎn)品回收利用時(shí)的碳補償。

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根據實(shí)際案例的測算數據分析,工藝的降本增效、產(chǎn)品的資源化程度、減少固渣產(chǎn)生量等對碳排量及減排量影響較明顯。

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目前雖然固廢行業(yè)尚未具備參與 CCER 的條件。但排查設施家底,查缺補漏,未雨綢繆,完整記錄設施運行的數據,確保數據真實(shí)、穩定、準確、可追溯是后續能參與溫室氣體核算的要素之一。

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二、有機垃圾資源化處理具備減排潛力 內.容.來(lái).自:中`國`碳#排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai f an g.com

作為生活垃圾的重要組成部分,有機垃圾是指日常生活垃圾中可分解的有機物質(zhì)部分,包括食物殘渣、菜根、菜葉,動(dòng)物蹄、蛋殼、毛發(fā)、植物枝干、樹(shù)葉、雜草、動(dòng)物尸體、牲畜糞便等。通常情況下,廚余垃圾、園林垃圾、畜禽糞污等都屬于有機垃圾的范疇。 本+文+內/容/來(lái)/自:中-國-碳-排-放(交—易^網(wǎng)-tan pai fang . com

有機垃圾資源化處理具備很強的減排潛力,這是由于一方面有機垃圾產(chǎn)生的是生物碳,與化石碳不同,生物在生長(cháng)過(guò)程中吸收了大氣中的二氧化碳,在作為燃料或工業(yè)原材料的使用過(guò)程中,雖然會(huì )再次把二氧化碳排放到大氣中,但從生命周期的角度看能夠實(shí)現二氧化碳的凈零排放,具有“碳中性”。另一方面,有機垃圾資源化處理可以產(chǎn)生清潔能源替代化石燃料從而避免化石燃料使用排放。

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以廚余垃圾厭氧發(fā)酵項目為例,廚余垃圾厭氧發(fā)酵過(guò)程中可以產(chǎn)生沼氣、沼渣、粗油脂等副產(chǎn)物,經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的加工利用,可以用于發(fā)電、供熱、制備有機肥、生產(chǎn)生物柴油等,而這些資源化產(chǎn)品就產(chǎn)生了替代傳統化石燃料生產(chǎn)和使用過(guò)程中排放的減排效益。

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圖1 廚余垃圾厭氧發(fā)酵項目工藝流程

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根據中國沼氣協(xié)會(huì )預測,到 2030 年和 2060 年,我國有機垃圾將產(chǎn)生的沼氣潛力分別為 1690 億m3和 3710 億m3,僅從傳統化石能源替代角度考慮,可實(shí)現減排 3.0 億tCO2e和 6.6 億tCO2e。因此,充分發(fā)揮有機垃圾資源化處理行業(yè)節能減碳積極作用,科學(xué)評估其溫室氣體排放及減排潛力具有重要意義。 內.容.來(lái).自:中`國*碳-排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fa ng.com

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圖2 有機垃圾廢棄物產(chǎn)沼減排量潛力 本`文@內-容-來(lái)-自;中^國_碳0排0放^交-易=網(wǎng) ta n pa i fa ng . co m

三、四大層面核算廢棄物領(lǐng)域溫室氣體排放

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對于廢棄物領(lǐng)域/有機垃圾溫室氣體核算,由于邊界條件、考慮范圍、核算方式不同,其核算結果也是不一樣,因此,我們發(fā)現,即使是類(lèi)似的項目,其溫室氣體排放或減排量也存在較大的差距。根本原因在于目前大家并沒(méi)有將溫室氣體核算放在同一個(gè)維度或同一個(gè)層級去比較。目前國家的溫室氣體排放可以從區域層面、全生命周期層面、組織層面和項目減排層面四個(gè)維度去理解與核算。 禸*嫆唻@洎:狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńpāīfāńɡ.cōm

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圖3 廢棄物領(lǐng)域不同層面的溫室氣體核算

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1. 區域層面核算 夲呅內傛萊源?。骇鎲┨?排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm

區域核算以國家、省、市等區域為核算主體,聯(lián)合國政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì )(IPCC)發(fā)布的《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》是典型的區域層面核算指南。

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需要指出,區域層面核算,僅核算了由垃圾組分轉化為二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)的直接排放,并未考慮處理設施運營(yíng)過(guò)程中外購電力、化石燃料燃燒、廢水處理以及外購原材料等環(huán)節產(chǎn)生的間接排放。區域層面的核算主要用在統計某個(gè)區域范圍內的各行業(yè)排放量,因此關(guān)注重點(diǎn)在廢棄物本身產(chǎn)生的排放,不與其他行業(yè)交叉重復統計。 本+文內.容.來(lái).自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

2. 全生命周期層面核算 本*文@內-容-來(lái)-自;中_國_碳^排-放*交-易^網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

全生命周期碳核算通常是以產(chǎn)品碳足跡的核算更為常見(jiàn),范圍從原材料獲取到產(chǎn)品離開(kāi)生產(chǎn)組織過(guò)程(從“搖籃”到“大門(mén)”),或從原材料獲取到廢棄處置的全生命周期(從“搖籃”到“墳墓”)為核算邊界。其核算指南包括:《PAS 2050:產(chǎn)品與服務(wù)生命周期溫室氣體排放的評價(jià)規范》、《GHG Protocol產(chǎn)品生命周期核算與報告標準》以及《ISO 14067產(chǎn)品碳足跡量化與交流的要求與指導技術(shù)規范》等。 夲呅內傛萊源?。骇鎲┨?排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm

考慮到廢棄物的特殊性,從生命周期的角度分析,其核算環(huán)節為廢棄物從收集、運輸、回收利用到終端處置的全過(guò)程。但目前還未有針對固體廢物全過(guò)程管理的核算方法指南和規范,在開(kāi)展核算時(shí)通常參考產(chǎn)品生命周期碳核算方法。 本`文內.容.來(lái).自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com

3. 組織層面核算

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組織層面的核算一般以企業(yè)、機構等組織為核算主體,如行業(yè)經(jīng)常說(shuō)的八大控排企業(yè)的碳排放核算。組織層面核算理論上應納入與企業(yè)活動(dòng)相關(guān)的所有溫室氣體排放,但參考《GHG Protocol 溫室氣體核算體系》和 ISO 14064-1 系列標準,目前我國組織層面核算主要考慮了范圍一和范圍二的排放,即直接排放和能源間接排放,未來(lái)會(huì )將范圍三也就是產(chǎn)業(yè)鏈上游及下游的溫室氣體進(jìn)一步的納入。

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4. 項目減排層面核算 內-容-來(lái)-自;中_國_碳_0排放¥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

項目減排層面是核算實(shí)施某個(gè)項目后帶來(lái)的碳減排量。項目減排核算是對比分析的結果,需要與基準線(xiàn)情景做比較,這就涉及到方法學(xué)、CCER、碳信用等問(wèn)題。對于廢棄物處置項目行業(yè)更關(guān)注的即為項目減排層面的核算。

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以之前備案的臨沂、南寧 200 t/d 餐廚項目為例,每年減排量預計在 39336~43866 tCO2e,折合每噸垃圾減排量約 0.65~0.73 tCO2e。值得一提的是,這兩個(gè)項目減排量是以填埋作為基準線(xiàn)對比的,減排效益考慮的是沼氣資源化利用和避免填埋甲烷排放。而隨著(zhù)我國原生垃圾“零填埋”發(fā)展趨勢,這種以填埋作為基準線(xiàn)情景已不再實(shí)用。

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對于項目減排層面,2023 年生態(tài)環(huán)境部重啟的自愿減排機制(CCER)后首發(fā)的四個(gè)方法學(xué)分別為:并網(wǎng)光熱發(fā)電、并網(wǎng)海上風(fēng)力發(fā)電、造林碳匯和紅樹(shù)林營(yíng)造。有機廢棄物處理產(chǎn)生的甲烷利用是否能在第二批或第三批方法學(xué)中出現,或者是否未來(lái)還能參與自愿減排市場(chǎng)的交易,目前存在很多不同見(jiàn)解的聲音。 夲呅內傛萊源?。骇鎲┨?排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm

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圖4 廢棄物領(lǐng)域項目減排層面核算

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四、有機垃圾厭氧處理設施溫室氣體核算邊界的確定 禸嫆@唻洎:狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńpāīfāńɡ.cōm

雖然有機垃圾處理設施不屬于控排行業(yè)沒(méi)有溫室氣體排放核算的強制要求,也暫不具備參加自愿減排市場(chǎng)的條件,但在雙碳發(fā)展背景下我們對有機垃圾處理設施進(jìn)行全面的梳理,也形成了目前即將發(fā)布的行業(yè)首部有機垃圾處理設施溫室氣體團體標準《溫室氣體排放核算與報告標準 有機垃圾厭氧處理廠(chǎng)》。

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有機垃圾厭氧處理設施的溫室氣體排放核算不僅要考慮處理設施的直接排放,還應考慮能源/交通運輸間、上下游之間的間接排放,以及對沼氣、沼渣、粗油脂等資源/能源產(chǎn)品回收利用時(shí)的碳補償。

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具體來(lái)說(shuō),直接排放范疇:厭氧過(guò)程直接導致泄露排放;火炬未完全燃燒產(chǎn)生的排放;化石燃料產(chǎn)生的排放。 本*文`內/容/來(lái)/自:中-國-碳^排-放“交|易^網(wǎng)-tan pai fang . c o m

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圖5 厭氧消化企業(yè)核算邊界分析 本文+內-容-來(lái)-自;中^國_碳+排.放_交^易=網(wǎng) t a n pa ifa ng .c om

間接排放范疇: 本`文-內.容.來(lái).自:中`國^碳`排*放*交^易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

(1)能源間接溫室氣體排放:主要是指外購電力和熱力產(chǎn)生的碳排放,如廠(chǎng)區鍋爐燃料外購采用能源;

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(2)交通運輸間接溫室氣體排放:主要是指原材料運輸過(guò)程中產(chǎn)生的排放,如有機垃圾厭氧消化產(chǎn)生的沼渣、雜質(zhì),外送過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放;

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(3)企業(yè)使用產(chǎn)品的間接溫室氣體排放:主要是指外購原材料產(chǎn)生的排放,如為了使廠(chǎng)區污水達標排放,處置過(guò)程中添加的藥劑,由于外購藥劑量不同,產(chǎn)生的碳排放也不相同;

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(4)與使用企業(yè)產(chǎn)品相關(guān)的間接溫室氣體排放:主要是指廠(chǎng)區污水處理產(chǎn)生的排放、沼渣處理(堆肥)產(chǎn)生的排放、雜質(zhì)處理(焚燒等)產(chǎn)生的排放、有機肥使用過(guò)程產(chǎn)生的排放、生物柴油使用過(guò)程產(chǎn)生的排放。 本+文+內.容.來(lái).自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com

這是因為污水凈化和處理過(guò)程中,會(huì )伴隨著(zhù) CH4、氧化亞氮 N2O 等溫室氣體的釋放;沼渣堆肥過(guò)程中,微生物分解會(huì )釋放 CO2 等溫室氣體;此外,雜質(zhì)處理過(guò)程中,如采用焚燒等方式,會(huì )直接導致大量 CO2 和其他溫室氣體的排放。生物柴油的使用過(guò)程中,盡管其本身是作為一種可再生能源,但在其生產(chǎn)和使用鏈中仍會(huì )產(chǎn)生一定的溫室氣體排放。 本*文`內/容/來(lái)/自:中-國-碳^排-放“交|易^網(wǎng)-tan pai fang . c o m

這些與使用企業(yè)產(chǎn)品相關(guān)的間接溫室氣體排放,無(wú)論是厭氧企業(yè)自身處置,還是交付下游環(huán)節處置,所排放的溫室氣體都納入設施核算的邊界考慮中。

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綜上所述,相對于直接排放,鑒于間接排放涉及的因素較多、考慮范疇較廣,又牽涉到上下游環(huán)節的排放,溫室氣體核算相對較復雜。根據國際溫室氣體核算通行的大原則,對于數據較難獲取,且其產(chǎn)生的溫室氣體排放量占比小于 1% 的不重要間接排放源可以舍棄,項目累計排放舍棄總量需小于 5%。

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圖6 厭氧消化企業(yè)核算邊界分析(灰色舍棄) 本`文@內/容/來(lái)/自:中-國^碳-排-放^*交*易^網(wǎng)-tan pai fang. com

結合大量項目中使用各類(lèi)能源、原材料及藥劑消耗等的經(jīng)驗數據進(jìn)行詳細計算,再選擇數據難以獲取、自身產(chǎn)生的排放占比<1%的不重要間接排放源將其舍棄,整體舍棄占比不得超過(guò)5%(本核算累計舍棄排放占比約 2.7%)之后,得出優(yōu)化后的有機垃圾厭氧處理溫室氣體核算邊界,如圖 7 所示,包括直接排放、間接排放、碳減排和碳補償涉及的范疇。

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 圖7 厭氧消化企業(yè)優(yōu)化后的核算邊界 本*文@內-容-來(lái)-自;中_國_碳^排-放*交-易^網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

五、溫室氣體排放核算案例 內-容-來(lái)-自;中_國_碳_0排放¥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

以?xún)蓚€(gè)有機垃圾厭氧處理項目為例,將項目數據代入標準中進(jìn)行核算。 夲呅內傛萊源?。骇鎲┨?排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm

1. 核算案例一 本`文-內.容.來(lái).自:中`國^碳`排*放*交^易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

該項目核算邊界條件:①污水處理需滿(mǎn)足地表排放標準,因此其排放標準尤為嚴格;②固渣脫水后運至焚燒廠(chǎng)進(jìn)行焚燒處理;③粗油脂實(shí)現深度資源化利用;④厭氧產(chǎn)生的沼氣在廠(chǎng)內用于發(fā)電或自用。 本`文內.容.來(lái).自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com

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圖8 有機垃圾厭氧消化溫室氣體核算案例一

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測算結果顯示,由于沼氣全部自用,外購能源需求相對較少,所以外購熱力排放為 0。同時(shí),外購原材料占比較大,如碳源和藥劑等,這與污水處理達到高標準的排放直接相關(guān),也間接說(shuō)明了其排放量較大。

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此外,工藝的特點(diǎn)導致雜質(zhì)出渣率較高,固渣焚燒過(guò)程中碳排放占比較大;在生物柴油方面,由于進(jìn)行了深度加工核算,每年粗油脂回收的碳補償約占 10 萬(wàn)噸,而項目年排放總量約為 14 萬(wàn)噸。若未來(lái)能進(jìn)一步拓展固渣資源化利用途徑,減排量有望增加,實(shí)現碳排放與碳減排的平衡目標。

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目前厭氧處理過(guò)程直接排放中沼氣是按照國際通用 5% 泄露測算的,未來(lái)若有檢測廠(chǎng)家提供更好的密閉化手段使泄露率小于 5%,這個(gè)環(huán)節直接排放也能大幅度下降。

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2. 核算案例二

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項目邊界條件①污水外排至下游的滲濾處理廠(chǎng)集中處置;②雜質(zhì)和固渣脫水后送往焚燒廠(chǎng)處理;③厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣主要用于廠(chǎng)區供熱,不發(fā)電,剩余部分則通過(guò)火炬燃燒排放。 本`文-內.容.來(lái).自:中`國^碳`排*放*交^易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

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圖9 有機垃圾厭氧消化溫室氣體核算案例二

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本項目數據在實(shí)際運行中部分數據缺失,且無(wú)資源化產(chǎn)品,其測算結果顯示:由于剩余沼氣通過(guò)火炬燃燒排放,甲烷在火炬中的的不完全燃燒產(chǎn)生的溫室氣體排放占比高達 15.2%,同時(shí)由于該項目的工藝設備選擇導致其出渣量偏高,核算后雜質(zhì)處理產(chǎn)生的溫室氣體排放占比高達 63.5%。 本`文@內/容/來(lái)/自:中-國^碳-排-放^*交*易^網(wǎng)-tan pai fang. com

綜上,以實(shí)際的核算案例與數據進(jìn)行分析,可以看出溫室氣體排放數據的占比與行業(yè)目前主流工藝的發(fā)展方向及設施考核的要點(diǎn)基本一致。①工藝處理的降本增效是本質(zhì);②出渣率、沼渣、沼氣、油脂等資源化利用方式及程度對碳減排量影響較大,資源化程度越深、水平越高,對碳減排影響越大,這就需要我們不斷提高工藝水平,盡可能減少出渣率,提升沼渣、沼氣、油脂資源化利用水平;③目前雖然固廢行業(yè)尚未具備參與 CCER 的條件。但排查設施自家家底,查缺補漏未雨綢繆,完整記錄設施運行的數據,確保數據真實(shí)、穩定、準確、可追溯是后續能參與溫室氣體核算的要素之一。 本文@內/容/來(lái)/自:中-國-碳^排-放-交易&*網(wǎng)-tan pai fang . com

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