温室气体排放及日本的应对措施

宋锦玉，裴明远，史春薇

（1. 辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001； 2. 天津工业大学材料学院， 天津 300387）

随着人口数量的增加、经济的发展、汽车的普及，欧美、日本等国家的大气环境污染程度变得越来越严重。为了降低有害物质的排放量，改善大气环境，各国政府将汽车尾气排放法规应用于汽油发动机车、柴油发动机车，同时制订了更加苛刻的尾气排放法规，汽车厂家也采用了种种高新技术。但在，汽车、发动机结构设计优化上的潜力已有限，因此人们把目光转移到了提高燃料质量、开发生物燃料等石油替代能源方面[1-3]。

据IEA“2007年世界能源展望”统计，2005年全世界通过消费石油、天然气和煤炭等排放的二氧化碳总量达到 270亿 t，其中，美国、中国、俄罗斯、日本和印度是5个最大的二氧化碳排放国，占世界二氧化碳排放总量的50%。随着对能源需求的增长，预计到 2030年二氧化碳排放量将达到 420亿t，将比2005年增长56%[4-6]。

从人口仅占世界人口 2%的日本的情况来看，1990年以来，日本的温室气体排放量呈逐年增加的趋势，2007年日本的总排放量为13亿7400万t，位于世界第5位，与人口数量为日本人口的7倍的非洲的排放量相当[7]。

若要降低全球温室气体排放量，达到京都议定书所制定的目标，在2050年左右构筑低碳社会，则需要在2020年出现温室气体排放量的拐点，而要达到这一目标，则需要从2013年开始更大幅度地降低温室气体排放量[8,9]。

为了实现到2020年将温室气体排放量降低至1990年的75%的中期目标，2050年左右构筑低碳社会，日本采取了生产超低硫汽油及柴油、使用生物燃料、实施ISO 14040等措施。

1 汽油及柴油的无硫化

汽油及柴油中的硫可导致汽车尾气净化装置中催化剂性能的降低，所以一直要求燃料的低硫化。从2005年1月开始，日本开始使用硫质量分数小于10 μg/g的无硫汽油及无硫柴油（硫质量分数小于10 μg/g的汽油、柴油被称为超低硫燃料或无硫燃料）。根据世界各大汽车产业制作的世界燃料质量推 荐标准，无硫汽油、无硫柴油可分为4类（表1）。

表1 世界燃料推荐性质量标准中燃料油硫质量分数的上限值Table 1 The upper limit of sulfur content in fuel oil of world fuel recommended quality standards mg／kg

1.1 柴油

随着物流的迅猛发展，柴油机车排放的NOx及PM引起的大都市的大气污染越来越严重。1989年12月，为了降低柴油机车及公共汽车排放的 NOx及 PM，中央公害对策审议会的报告“未来降低汽车尾气排放对策”提出要强化尾气排放标准。柴油机车需要使用尾气净化系统，为了使尾气净化系统充分发挥其性能，石油业界分4个阶段降低了柴油中的硫质量分数。

第一阶段：将尾气的一部分送回到发动机中，使用降低燃烧温度的尾气再循环（EGR：Exhaust Gas Recirculation）装置时，为了防止发动机被腐蚀，于1992年 10月开始将硫质量分数由 0.5%降到了0.2%。

第二阶段：为了使以降低PM排放量为目的而设置的尾气后处理装置充分发挥其作用，从 1997年10月开始将硫质量分数由0.20%降至0.05%。

第三阶段：为了使氧化催化剂、微粒除去装置及 NOx还元催化剂等更有效地发挥其作用，2000年石油审议会石油产品质量专门委员会及中央环境审议会第4次报告决定，到2004年末将硫质量分数降至50 μg/g，但是石油业界从2003年4月开始就供给了硫质量分数低于50 μg/g的柴油。

第四阶段：从2005年1月开始实施的柴油的无硫化（硫质量分数小于10 μg/g），不仅使以同时脱除NOx及PM为目的的尾气后处理装置最大限度地发挥了其作用，而且改善了有助于应对地球变暖问题的柴油的质量。

1.2 汽油

为了降低人体对有害物质的摄入量，从 1975年开始禁止往普通汽油中添加四烷基铅，从 1986年开始禁止往优质汽油中添加四烷基铅；1996年将汽油中的苯体积分数降至5%，2000年1月再降至1%。规定汽油中不添加四烷基铅等含铅物质，将汽油中的苯体积分数降至 1%，是日本为了确保汽油等燃料的质量而制订的强制性标准。

作为应对光化学烟雾所采取的措施，2001年将汽油的蒸汽压标准的上限从78 kPa降至72 kPa，2005年再降至65 kPa，以减少烃的蒸发量。

从1996年4月开始实施的标准中，将硫质量分数规定为100 μg/g，当时炼油厂出厂的汽油的硫质量分数均小于100 μg/g。

2005年，将硫质量分数降至 50 μg/g。接受综合资源能源调查会石油分科会石油部会提出的应从2008年开始实施无硫汽油（硫质量分数小于 10 μ g/g）的强制性标准的报告，石油业界从2005年1月开始主动将汽油中的硫质量分数降至小于10 μg/g。

2 地球环境保护自主行动计划及实施情况

为节省并有效利用能源，构筑循环型社会，1997年2月日本石油业界提出了「石油业界的地球环境保护自主行动计划」。自主行动计划目标见表2[10]。

日本石油业界实施地球环境保护自主行动计划的情况如图1[11]所示。

从图1可以看出，与1990年相比，2010年炼油厂的能源单耗改善了16%；2010工业废弃物的最终处置量降低了97.4%，达到了降低94%以上的目标。另外，2010年工业废弃物最终处置率（最终处置量/工业废弃物产生量）为 0.5%，达到了业界零排放的目标。

3 生物燃料的使用

生物燃料是指通过生物资源生产的燃料乙醇和生物柴油，具有环保、可再生、资源丰富等优点，使用生物燃料是大规模减排、应对地球变暖问题的方法之一[12,13]。

2010年6月，日本提出到2020年将生物燃料的使用量提高到全国汽油使用量的 3%以上。2010年11月，日本又决定到2017年将50万kL的生物乙醇（换算为原油的量）直接与汽油混合，或混合生物ETBE（Ethyl Tertiary Butyl Ether）作为车用燃料使用。

3.1 生物汽油

将乙醇直接与汽油混合时，存在如下问题：（1）混入水分则引起相分离；（2）蒸发引起的排放量增加。为了确保安全，规定将乙醇直接混入汽油时，混合的乙醇体积分数应小于3%。

为了避免往汽油中直接混入乙醇时可能产生的问题，石油业界决定使用混有生物ETBE的生物汽油。从2006年开始至2010年，日本对混合7%的ETBE的汽油进行了风险评估。在进行风险评估时，假定含ETBE的汽油从汽油罐泄漏经由地下水被人类所饮用，结果得出几乎没有危害健康的可能性的结论。另外，风险评估中的毒性指标值（0.5 μg/g）、暴露评估中得到的大气中ETBE 約最大浓度（ 0.009 μg/g）远小于吸入致癌性指标值（15 μg/g），所以判断不会危害人类健康。

另一方面，为了使石油公司能稳定及高效地采购到生物ETBE及作为原料的生物乙醇，2007年1月设立了日本生物燃料供应公司(JBSL)。

从2007年4月开始，关东地区的50家加油站销售生物汽油；2011年2月则有约2120家加油站销售生物汽油。根据规定，以生物乙醇及异丁烯为原料合成的ETBE最多可混合7%，但是目前市售的生物汽油中ETBE的混合量仅为大于1%。

生物乙醇对防止地球变暖具有积极的作用，但是在稳定供给及经济性等方面存在问题。

对日本而言，可作为生物乙醇原料的资源少，而且成本也高。目前，有以建筑废材或纤维素等为原料生产生物乙醇的方法，但是还处于技术开发阶段。为此，日本进口生物乙醇，但是具有出口能力的国家是距日本甚远的巴西。

图1 石油业界实施地球环境保护自主行动计划的情况Fig.1 The implementation situation of independent action of earth environmental protection in oil industry

3.2 生物柴油

生物柴油燃料，并不是严格的化学意义上的定义，是对棕榈油、废食用油等油脂进行化学处理而得到的，作为柴油机车用燃料等使用。油脂的黏度高，所以将甲酯化处理的脂肪酸甲酯（FAME；Fatty Acid Methyl Ester）等物性与柴油相当的物质作为车用燃料使用。

很多企事业单位正在致力于生物柴油燃料的生产及利用。但是产品质量、生产过程中副产的甘油及对洗涤废液的不当处理等方面出现了很多问题。为此，制订了混合生物柴油燃料的柴油的强制性标准，于2007年4月开始实施。混合生物柴油的柴油的强制性标准如下：（1）硫质量分数小于0.001%；（2）十六烷指数大于45；（3）90%馏出温度小于 360 ℃；（4）脂肪酸甲基酯的质量分数为0.1%～5.0%；（5）甘油三酯的质量分数小于0.01%；（6）甲醇质量分数小于0.01%；（7）酸值小于0.13 mgKOH/g；（8）甲酸、乙酸、丙酸的合计质量分数小于0.003%；（9）酸值的增幅小于0.12 mgKOH/g。

另外，于 2008年制订了与柴油混合使用的生物柴油燃料的质量标准JIS K 2390（汽车燃料—混合用脂肪酸甲酯（FAME））。

4 ISO 14000系列

从 1980年开始，以欧美为中心开展了防止产业活动对环境带来负面影响的活动。1991年，成立了「企业可持续发展理事会」（BCSD：The Business Council for Sustainable Development），明确了环境管理国际标准化的重要性。1993年，正式成立一个专门机构 ISO事务局环境技术委员会 TC（Technical Committee）207，着手制订环境管理领域的国际标准，于1996年制订了与企业活动相关的环境管理系统ISO 14001，并于2004年对其进行了修订。

ISO14001，是为了降低企业生产及提供的产品及服务对环境带来的负面影响，并进一步进行改善而设立的标准，一般是通过第三方得到应用系统的认证。

1996年4月，日本石油精制有限公司（现在的JX日矿日石能源有限公司）根岸炼油厂在石油行业首次取得ISO 14001认证。以此为开端，日本各公司的炼油厂都开始使用ISO 14001。目前，所有的炼油厂都通过ISO 14001或与其相当的系统自主地进行环境管理。开始时，主要是制造业者使用ISO 14 001，但是近年来包括非制造业者在内的企业及集团都在使用ISO 14001。

另外，ISO 14020系列为与商品相关的环境影响评价国际标准[14]。ISO 14020系列标准分为Ⅰ型（ISO 14024）、Ⅱ型（ISO 14021）、Ⅲ型（ISO 14025），其核心是产品和服务的环境标志和声明应防止贸易技术壁垒、准确、无误导。这四个国际标准的实施有利于推动绿色市场健康发展。可以说ISO 14020国际标准是全世界产品与服务的绿色选择。日本实施相当于Ⅰ型（ISO14024）的标准。

5 结束语

日本是全世界最早实施无铅汽油的国家，目前也是生产清洁汽油的先进国家。日本1975年推行无铅汽油，彻底无铅化大约用了17年。1991年开始使用MTBE提高辛烷值；1996年修订JIS汽油标准并限定汽油苯含量不大于5%[15]。为适应世界柴油低硫化的发展趋势，日本石油联盟早在1989年6月就提出了柴油低硫化目标和炼油工业应采取的相应措施[15]，日本从2005年开始使用硫含量为50μg/g的汽柴油，2007年就开始使用硫含量为10μg/g的汽柴油[2]。

目前，中国正处于工业化、城市化快速发展的阶段，因此二氧化碳等温室气体排放量的增长势头强劲，减排二氧化碳的压力不断增大。因此，中国应借鉴日本所采取的措施，将二氧化碳减排作为可持续发展的战略问题加以认真研究。

［1］赵景华.世界汽车燃料质量标准的发展动向[J].汽车工业研究，2001（1）：30-34.

［2］宋锦玉，王江.环境法规及燃料油质量动向综述[J].石化技术与应用，2011，29（5）：474-477.

［3］宋锦玉，闫玉玲，宋官龙.美国藻类生物燃料的研究开发动向[J].化学工程师，2012（6）：37-39.

［4］李雪静，乔明，潘元青，等. 石化企业与二氧化碳减排[J].润滑油与燃料，2009，19（3/4）：1-5.

［5］生物谷.全球各国二氧化碳排放量比较排行 美国第一中国第二来源[N/OL]. [2009-12-09].环球能源网，http://www.bioon.com/bioind ustry/ep/423625.shtml

［6］李雪静，乔明，潘元青，等. 国外石化公司二氧化碳减排措施及对中国的启示[J].石油和化工节能，2010（4）：37-41.

［7］独立行政法人环境再生保护机构.日本的现状[DB/OL]. [2011-05-2 0]. http://www.erca.go.jp/ondanka/japan/index.html.

［8］独立行政法人环境再生保护机构. 针对温室效应的国际谈判[DB/OL].http://www.erca.go.jp/ondanka/inter/index.html#01.

［9］环境省地球环境局. 第11次关东地区能源、关东地区能源、温室效应对策推进会议[C/OL].http://www.kanto.meti.go.jp/seisaku/onda nka/pdf/20100720/20100720shiryo2-1.pdf.

［10］ 石油連 盟.石 油業 界 の地球環 境 保全自主行動 計画2010 年度（第13 回）DB/OL].2011-01.http://www.paj.gr.jp/paj_i nfo/data_topics/20110307_ecoplan.pdf.

［11］ 石油連 盟.石 油業 界 の地球環 境 保全自主行動 計画2011 年度（第14 回[DB/OL].2012-03. www.paj.gr.jp/paj_inf o/data_topics/20120306_ecoplan.pdf.

［12］经济产业省资源能源厅.一次能源的动向：能源白皮书2009年版[E B/OL]. http://www.enecho.meti.go.jp/topics/hakusho/2009energyht ml/p2-1-3-1.htm.

［13］宋锦玉.地球变暖问题及生物燃料的使用[J].当代化工，2012，41（3）：284-287.

［13］彭小燕.ISO14040环境管理[J].世界标准化与质量管理，1998（4）：4-9.

［15］周惠娟 朱庆云.国内外车用泄料标准的发展及其对炼油工业的影响[J].当代石油石化，2003，11（12）：25-28.