工业大气污染物与碳排放协同控制效果研究—以一个工业城市为例

代海涛，周 纯，王 培，莫小雨

（上海建科集团股份有限公司，上海 200030）

引 言

我国在推进“碳达峰、碳中和”行动的同时，也面临着持续改善空气质量的压力。第二次全国污染物普查结果显示，2017年工业源大气污染物二氧化硫排放量为529.08万吨，氮氧化物排放量为645.90万吨，颗粒物排放量为1 270.50万吨，挥发性有机物排放量为481.66万吨，分别约占全国排放量的75.98%、36.18%、75.44%和47.34%，是最主要的排放源[1]。同年度工业能源消费总量占全国能源消费总量的64.8%，是温室气体的主要来源[2]。工业领域大气污染物和二氧化碳具有同根同源同时性，协同减排潜力巨大，且能有力推动区域绿色转型[3]。针对温室气体和大气污染物协同控制，部分学者研究了京津冀等重点城市不同碳达峰情景下的CO2和大气污染物减排潜力以及协同效应[4-5]，但研究多以模拟预测为主，缺少对历史数据的回顾分析，得到的结果往往只能用作参考[6]。

本研究结合历史数据，针对长三角工业城市滁州市开展温室气体和大气污染物协同控制的研究，探讨影响工业温室气体和大气污染物减排的主要因素。本研究的结果对于滁州市应对气候变化，实现绿色、低碳、循环发展，建设工业领域生态文明，打好污染防治攻坚战具有重要的科学意义。

1 材料与方法

1.1 数据收集与分析

本研究以滁州市工业为研究对象开展案例研究，研究2011-2020年工业大气污染物NOx、SO2、颗粒物和CO2的历史变化趋势。2011-2020年 滁州市人口和经济数据见《滁州统计年 鉴》。GDP和工业增加值是以2010年为基期的GDP可比价计算获得。本研究中滁州市工业大气污染物NOx、SO2、颗粒物排放总量见《滁州统计年鉴》，本文参考《中华人民共和国环境保护税法》所附《应税污染物和当量值表》的大气污染物当量值，将NOx、SO2和颗粒物三种大气污染物排放量转化为当量数（AP），三种污染物当量值分别为0.95、0.95和2.18。

1.2 碳排放总量及强度

滁州市工业能源消费总量、分品种能源消费量来源于《滁州市统计年鉴》，参考《省级温室气体编制清单指南》计算滁州市工业能源消耗引起的碳排放总量，计算公式如式（1）：

其中，i代表不同能源类型；FC代表第i种能源的消耗量（单位：104t或者108m3）；NCV是第i种能源的平均低位热值（单位：kJ/kg）；CC是第i种能源的单位热值含碳量（单位：TC/TJ）；OF是碳氧化率。不同能源的NCV、CC、OF排放因子参考《省级温室气体编制清单指南》推荐排 放因子。

水泥生产过程碳排放计算公式如式（2）：

其中，AD是扣除电石渣生产的熟料产量后的水泥熟料产量，EF是水泥生产过程平均排放因子，采用《省级温室气体编制清单指南》推荐排放因子0.538吨二氧化碳/吨熟料。

1.3 LMDI分解

对数平均迪氏指数分解法（Logarithmic Mean Divisia Index method,LMDI）分解不含残差项，且允许数据包含零值，并广泛运用在能源相关研究中[6]。利用LMDI方法对滁州工业排放大气污染物当量数变化的影响因素进行分析。

滁州工业大气污染物排放当量可用式（3）：

AP表示工业大气污染物排放当量数；C表示工业二氧化碳排放量；E表示滁州市工业化石能源消耗量；GDPins表示滁州市工业增加值；GDP是滁州市生产总值；P是滁州总人口；APOC为工业单位二氧化碳排放产生的大气污染物当量数，表示协同减排的量化关系；EM为工业能源碳排放强度；EI表示能源强度；IL表示城市工业GDP占比；AG是滁州市人均GDP；P是城市总人口。

设定基期到t期的变化量为ΔAP，利用LMDI对其进行分解，得到式（4）：

ΔAPAPOC反映协同减排效果及碳排放对大气污染物排放的影响；ΔAPEM反映能源排放强度效应，反映能源结构变动对大气污染物排放的影响；ΔAPEI反映能源强度变动对大气污染物排放的影响；ΔAPIL反映工业GDP占比对大气污染物排放的影响；ΔAPGDP反映经济发展状况对大气污染物排放的影响；ΔAPP反映人口变动对大气污染物排放的影响。

2 结果与讨论

2.1 滁州市工业大气污染物和碳排放变化趋势

滁州市工业2011-2020年AP、NOx、SO2、颗粒物和CO2历史排放量如图1所示。总体来看，NOx、SO2和颗粒物三种污染物以及污染物当量数总体呈现先增长后下降的趋势，这主要受工业发展和排放控制等方面的共同影响。2011-2014年，滁州市经济发展迅速，新增一批水泥、电力和玻璃等污染较重的行业，导致工业排放的NOx、SO2、颗粒物，整体呈现逐年增加的趋势。2014年SO2和颗粒物排放量达到峰值，分别为20 525吨和43 899吨。NOx峰值出现的相对滞后，2016年达到峰值为26 705吨。2014-2020年，滁州市加大对SO2和颗粒物排放的控制力度，新增一批脱硫装置及除尘装置。尤其是2016年，随着“十三五”对大气污染物的控制力度进一步加大，SO2和颗粒物排放量出现显著降低，相比于上一年，SO2和颗粒物下降幅度达到39%和68%。滁州市对NOx的控制相比于对SO2和颗粒物的控制略有延迟，根据滁州市“十三五”规划中期评估报告，滁州市2017年基本完成全市燃煤小锅炉淘汰工作，显著降低了NOx排放，相比于2016年下降幅度达39%。

图1 滁州市工业大气污染物和二氧化碳排放量（2011-2020）

与污染物排放趋势不同，2011-2022年，滁州市工业CO2排放呈现逐年上升的趋势。2011-2014年滁州市工业快速发展，工业用能快速增加，导致工业CO2排放量快速增长。由图1可以看出，2014-2020年，滁州市严格执行能源消费总量和强度双控制，大力优化能源消费结构，促进传统行业节能改造，工业能耗增速放缓，使得CO2排放量增速放缓。相比于2014年，2020年工业CO2排放增加了10.2%。

滁州市工业NOx、SO2和颗粒物的排放趋势与能源消耗量存在联系，滁州市工业三种大气污染物主要来自化学原料和化学制品制造业，非金属矿物制品业以及电力、热力生产和供应业，这三个行业都是能源密集行业，因此滁州市工业大气污染物和CO2具有同源性。滁州市工业能源消耗量呈现逐年增加的趋势，这一趋势与2014-2020年SO2和颗粒物的变化趋势及2016-2020年NOx排放变化趋势相反，这主要归功于这些时期对SO2、颗粒物和NOx排放的严格控制。

2.2 滁州市工业大气污染物LMDI分解结果与讨论

由图2可以看出，滁州市工业排放的大气污染物增加主要受经济发展的影响，2011-2020年，经济发展因素引起的大气污染物排放当量数年均增长幅度为30.97千吨；相对的，滁州市工业大气污染物排放当量数降低主要受碳排放协同效应的影响，碳排放协同效应有巨大的大气污染物减排潜力。2011-2020年，年均下降幅度为31.66千吨，这说明降低单位CO2排放的大气污染物排放当量数是滁州市工业大气污染物减排的有效途径，应当大力发掘CO2和大气污染物之间的协同减排潜力。能源强度效应是滁州市工业大气污染物当量数降低的次要原因，2011-2020年，能源强度变化导致大气污染物当量数年均下降18.01千吨，说明能源效率的提升能够显著降低大气污染物的排放量。2011-2020年，能源碳排放强度效应引起的大气污染物变化量除2020年外均为正值，年均贡献值为5.79千吨。这说明能源排放强度对滁州市工业大气污染物排放有正向影响，这是因为滁州市工业用能以火电、煤炭以及石油为主，三者都具有高碳排放、高污染的特征，而且相比于2011年，2012-2020年，滁州市工业快速发展，能源消耗量增加，对火电、煤炭依赖性增加，导致能源碳排放增加，大气污染物排放增加。城市工业GDP占比在2012-2014年间为正，2015-2020年间为负，总体上看，城市工业GDP占比下降导致了工业大气污染物排放当量数的降低，其年均贡献值为-1.31千吨，说明工业在国民经济中占比的下降对工业大气污染物排放产生微弱的负向影响。人口效应引起的大气污染物排放当量数变化为正，年均贡献值为0.47千吨，说明人口规模的扩大将促进工业大气污染物排放增加。这是由于人口规模扩大势必带动一系列生产活动，增加能源需求，从而增加对环境的压力，导致工业大气污染物排放的增加。

总体来看，经济发展效应、能源强度效应、碳排放协同效应作用显著，而工业GDP占比、能源排放强度与人口效应的影响微弱。由图2可以看出，2011-2020年，能源排放强度影响和工业GDP占比的影响有正有负，经济发展与人口因素对大气污染物的排放量变化作用为正，碳排放协同效应与能源强度效应有利于降低大气污染物排放量，其中，碳排放协同效应是大气污染物排放量降低的最主要因素。因此，降低单位二氧化碳大气污染物排放量，促进CO2和大气污染物协同减排是降低大气污染物排放量的最有效途径。

图2 不同因素对滁州市工业大气污染物排放的贡献（2012-2020）

3 结论

本文对滁州市2011-2020年的碳排放历史数据进行了回顾，采用LMDI研究工业大气污染物和CO2排放的协同控制，确定滁州市工业大气污染物的关键控制因素。结果表明，经济发展是导致滁州市工业大气污染物增加的最重要因素，工业大气污染物及碳协同减排和降低单位GDP能耗强度是工业大气污染物减少的主要因素。滁州市需要严格设置制造业的高准入门槛，以实现工业减污降碳协同增效。