地区碳排放测算研究——以贵州省为例

钟培元

（贵州理工学院，贵阳 550003）

目前，化石能源仍然是人类社会的主要能源形式，而化石能源燃烧带来的碳排放是造成全球变暖等环境问题的主要原因[1]。因此，随着世界范围内对环境保护的愈加重视，降低碳排放成为人们的共识。自碳达峰碳中和（简称“双碳”）目标提出以来，实现节能减排及以此为契机推动能源革命和产业升级成为我国当前工作的重点。基于此，碳排放测算研究成为推动“双碳”目标实现的重要基础。一方面，合理的碳排放测算有助于了解碳排放量及其分布，以制定合理的减排措施，并为能源结构和产业结构的调整提供依据。另一方面，碳排放测算可以评估不同减排措施的效果，并为制定更加有效的减排方案提供参考。

碳排放的来源及影响因素广泛。首先，化石能源燃烧是碳排放的主要来源，可以分为两类，一是煤炭、石油、天然气等化石能源直接燃烧所造成的一次碳排放，二是化石能源转换所得到的电能、热能消耗所带来的二次碳排放[2]。其次，一些工业生产也会产生碳排放，例如，水泥等建材的生产除会消耗化石能源外，也会因石灰石、硅酸盐和黏土等原材料在高温下分解而产生碳排放[3]。此外，固体废弃物处理过程的焚烧行为也会使含碳固体废弃物与氧气反应，生成二氧化碳，从而增加碳排放量[4]。目前，国内外碳排放测算研究集中在化石能源燃烧和工业生产[5-7]。本文结合碳排放来源，即化石能源燃烧、工业生产和固体废弃物焚烧，并借鉴国内外相关研究，提出碳排放测算方法，计算贵州省碳排放量，分析其发展趋势。

1 碳排放测算方法

1.1 化石能源燃烧碳排放

直接碳排放是由化石燃料直接燃烧而产生的碳排放，它不仅包含煤炭、石油和天然气作为一次能源直接燃烧所产生的碳排放，也包含由化石能源转换为电能、热能所产生的碳排放。由于电能、热能生产的碳排放也是消耗传统化石燃料所产生的，因此这部分碳排放可统一包含在化石能源燃烧碳排放计算中。借鉴已有研究成果，化石能源燃烧的碳排放量可直接通过各类化石能源的排放系数与各自消耗量的乘积得到，如式（1）所示[8]。

式中：C化为化石能源燃烧产生的碳排放量；P煤、P油、P气为煤炭、石油、天然气的碳排放系数，其含义为每一种能源燃烧过程中单位能源所产生的碳排放量；E煤、E油、E气为煤炭、石油、天然气换算为标准煤的消耗量。

1.2 工业生产碳排放

在工业生产中，除化石能源消耗外，还可能因生产环节中的各类化学反应产生碳排放，主要包括水泥和钢铁生产。

水泥生产过程需要消耗碳酸钙等含碳矿物，这些含碳矿物在高温下会分解并释放二氧化碳。水泥生产过程的碳排放量可以采用式（2）计算。

式中：C水泥为水泥生产过程的碳排放量；AD为贵州省水泥年产量；EF为水泥生产过程的平均排放因子，借鉴已有研究成果，取0.55[9]。

钢铁生产中同样会产生一定的碳排放。一是钢铁冶炼中化石能源燃烧产生的；二是钢铁生产中需要掺加一定的石灰石、白云石等含碳矿石作为熔剂，以与铁矿石中的二氧化硅反应生成硅酸钙，由此产生碳排放。由于钢铁生产中的化石燃料消耗、电能消耗已经在化石能源燃烧碳排放中予以考虑，这里仅考虑钢铁生产过程中烧结、炼铁、炼钢等工序含碳熔剂使用所产生的碳排放，其计算公式如式（3）所示[10]。

式中：C钢为钢铁生产中含碳熔剂反应产生的碳排放量；Mi为第i种熔剂的消耗量；EFi为第i种熔剂的二氧化碳排放因子，参照《中国钢铁生产企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）》的碳排放因子缺省值。

1.3 固体废弃物焚烧碳排放

工业生产和居民生活中将不可避免地产生大量固体废弃物，这些固体废弃物一般可分为一般工业固体废弃物、危险废物和生活垃圾三种。对于固体废弃物的处理，目前主要包括回收利用、处置和贮存三个方面。近年来，随着固废利用政策和技术的大力推广，固体废弃物得到有效的回收利用，但仍有许多废弃物需要采用焚烧方式进行处理。对于含碳的固体废弃物，其焚烧过程不可避免地产生碳排放。固体废弃物焚烧的碳排放量可采用式（4）进行计算[11]。

式中：C固为含碳固体废弃物焚烧所产生的碳排放量；IWi为第i种固体废弃物的焚烧量；CCWi为第i种固体废弃物的含碳比例；FCFi为第i种固体废弃物中矿物碳在碳总量中的比例；CEi为第i种固体废弃物的燃烧效率；44/12 表示碳元素转换为二氧化碳的系数，由于碳的原子量为12，转换为二氧化碳后的原子量为44，质量为1 的碳元素将会转换为44/12 质量的二氧化碳。

2 贵州省碳排放测算

2.1 化石能源燃烧碳排放测算

煤炭、天然气、汽油和柴油的消费量数据根据历年中国统计年鉴和贵州统计年鉴查取。按照历年中国能源统计年鉴的推荐值，将各能源转换为标准煤后，再计算碳排放系数，如表1所示。采用式（1）对化石能源燃烧碳排放进行计算，并计算煤炭来源的碳排放量占化石能源燃烧碳排放量的比例，结果如图1所示。

图1 化石能源燃烧碳排放计算结果

表1 各化石燃料碳排放系数取值

从图1 可以看出，贵州省化石能源燃烧碳排放量在2017—2021年总体接近，且煤炭来源的碳排放量仍是化石能源燃烧碳排放量的主要来源。煤炭来源的碳排放量占化石能源燃烧碳排放量的比例在84%以上，但呈现出逐年降低的趋势，表明天然气及石油类燃料在能源中的占比逐年增大。

2.2 工业生产碳排放测算

贵州省水泥和钢铁产量可在国家统计局官网进行查取，将2017—2021年水泥产量代入式（2），可以计算出水泥生产的碳排放量。对于钢铁产业中作为熔剂材料的白云石、石灰石的消费量，目前尚缺少可靠的统计数据。根据相关研究[12]，每生产1 t 钢材，大约需要使用石灰石或白云石20 kg，可据此通过钢铁产量对白云石及石灰石的消费量进行计算，并取熔剂的碳排放因子为石灰石和白云石的均值，即0.455 5 kg CO2/kg 熔剂。按照式（3）计算钢铁生产环节作为熔剂的白云石和石灰石高温分解所产生的碳排放量。相关计算结果如图2所示。图2 显示，工业生产的碳排放量相对稳定，总体呈降低趋势。

图2 工业生产碳排放计算结果

2.3 固体废弃物焚烧碳排放测算

一般工业固体废弃物主要有高炉渣、钢渣、赤泥、有色金属渣和粉煤灰等，可燃性一般较差或不具备可燃性，一般多通过回收利用、填埋等方式处理。因此，这里仅考虑危险废物和生活垃圾的焚烧碳排放。目前，危险废物和生活垃圾的含碳比例（CCW）、矿物碳在碳总量中的比例（FCF）和燃烧效率（CE）的一般取值如表2所示。

表2 固体废弃物相关计算参数取值

生活垃圾焚烧量和危险废物处理量数据通过历年中国统计年鉴查取，并将查取数值和表2 参数代入式（4），即可计算固体废弃物焚烧的碳排放量，结果如图3所示。从图3 可以看出，固体废弃物焚烧的碳排放量较少，但呈逐年递增的趋势。经分析，主要原因是随着城市人口的增长和居民生活水平的提升，城市生活垃圾产生量持续增加。

图3 固体废弃物焚烧碳排放量计算结果

2.4 总碳排放量测算

分别对化石能源燃烧、工业生产和固体废弃物焚烧的碳排放量进行测算，将三者相加，得到贵州省总碳排放量测算结果，如图4所示。3 种来源的碳排放量占总碳排放量的比重如表3所示。

图4 贵州省碳排放量测算结果

表3 3 种碳排放来源所占比重

从图4 和表3 可以看出，贵州省碳排放量近年来总体呈降低趋势，且化石能源燃烧的碳排放量占最大比重。工业生产的碳排放量总体相对稳定，其排放量占总碳排放量的15%～19%，对总碳排放量的影响不容忽视。固体废弃物焚烧的碳排放量总体占比较小，但呈现逐年递增趋势。

3 结论

煤炭来源的碳排放量占化石能源燃烧碳排放量的比重最大，但呈现出逐年降低的趋势。固体废弃物焚烧的碳排放量较少，但呈现逐年递增的趋势，这主要是由城市人口增长和居民生活水平提升造成的。贵州省碳排放量近年来总体呈降低趋势，化石能源燃烧的碳排放仍是贵州省碳排放的主要来源，工业生产的碳排放量相对稳定，总体呈现降低趋势。