特大型沼氣工程溫室氣體減排效益分析

張曉琳　羅浩夫　鄭啟恩　閆亮

摘 要 根據(jù)國際通用的溫室氣體減排計算方法，對海南澄邁日產(chǎn)3萬Nm3車用沼氣工程所帶來的主要溫室氣體減排量和減排效益進(jìn)行了估算分析。結(jié)果表明：項目每年可減少溫室氣體排放53 560 t（CO2當(dāng)量），以上海碳交易市場近年平均交易價格（39.23元/t CO2）計算，可帶來210.12萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞 沼氣工程 ；溫室氣體 ；減排量 ；減排效益

中圖分類號 S216.4

氣候變暖、溫室氣體、節(jié)能減排已成為全球普遍關(guān)注的熱點[1]。據(jù)英國梅普爾克羅夫特公司（Maplecroft）公布的溫室氣體排放量數(shù)據(jù)，中國每年向大氣中排放的二氧化碳超過60億t，居世界各國之首[2]。中國“十二五”控制溫室氣體排放的目標(biāo)是到2015年全國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2010年下降17 %，壓力巨大。因此，探討溫室氣體減排有效途徑，估算該途徑下溫室氣體的減排量和減排效益具有重要意義[3]。

沼氣工程的建設(shè)在廢棄物無害化綜合利用、產(chǎn)出清潔燃料和沼渣沼液有機(jī)肥等方面具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)環(huán)境效益，可減少CO2、CH4和N2O等溫室氣體的排放，也是緩解全球氣候變暖的有效途徑。沼氣作為一種清潔、環(huán)境友好和可再生的可燃?xì)怏w，經(jīng)凈化提純，可達(dá)天然氣質(zhì)量水平，替代燃油和天然氣作為車用燃料直接使用。目前，沼氣提純凈化技術(shù)已十分成熟，利用沼氣作為車用燃料已在歐美發(fā)達(dá)國家得到普遍應(yīng)用[4]。瑞典是在車用沼氣應(yīng)用發(fā)展最迅速的國家，已成功將沼氣作為車用燃料應(yīng)用于汽車、火車，并建設(shè)了一批沼氣動力汽車加氣站，東南部城市林雪平（Linkoping）有世界第一列純沼氣動力列車[5]，城內(nèi)所有的公共汽車都采用沼氣驅(qū)動。瑞典的輕型沼氣動力車數(shù)量正以50 %速度增長[4]，計劃到2020年，實現(xiàn)100 %使用可再生能源，徹底擺脫對石油的依賴。

中國沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)歷了60多年的歷程，但在車用沼氣方面的研究才剛剛起步，隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，車輛使用逐年遞增，石油價格不斷上漲，沼氣提純后直接替代燃油和天然氣作車用燃料將具有良好的發(fā)展前景。本文根據(jù)IPCC國家溫室氣體清單指南計算方法，以海南澄邁日產(chǎn)3萬Nm3車用沼氣工程為例，對特大型沼氣工程溫室氣體減排量進(jìn)行估算，并簡單分析了CDM項目經(jīng)濟(jì)效益，以期為企業(yè)生物質(zhì)能發(fā)展規(guī)劃及國家溫室氣體減排策略、政策的確立提供理論參考。

1 海南澄邁車用沼氣工程概況

海南澄邁車用沼氣工廠位于老城經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，占地3.4 hm2，以生物質(zhì)有機(jī)廢棄物厭氧發(fā)酵生產(chǎn)車用沼氣為核心，利用周邊區(qū)域收集的300 t禽畜糞便、香蕉秸稈、稻草、市政污泥等有機(jī)廢棄物為原料，引進(jìn)瑞典中溫發(fā)酵技術(shù)、高壓水洗技術(shù)日產(chǎn)車用沼氣3萬Nm3，作為清潔燃料供給?？谑泄步煌ㄏ到y(tǒng)，沼渣和沼液生產(chǎn)有機(jī)肥反哺當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)農(nóng)業(yè)。

2 項目溫室氣體減排效益分析

CO2、CH4和N2O是最重要的3種溫室氣體[6-7]，對溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)率分別為56 %[8]、15 %[9]和5 %[10]，雖CH4和N2O對溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)比例較小，但其增溫潛勢巨大，分別是CO2增溫潛勢的21倍和296倍[11]。

沼氣工程對溫室氣體減排主要表現(xiàn)在：①沼氣作為清潔能源替代柴油、煤炭、薪柴和秸稈等傳統(tǒng)燃料所減少的CO2、CH4、N2O排放；②禽畜糞便和有機(jī)廢液經(jīng)過厭氧發(fā)酵處理所減少的直接向空氣中排放的CH4；③農(nóng)作物秸稈若不作為沼氣工廠原料作為生物質(zhì)燃料被燃燒時所排放的CO2。

2.1 沼氣替代其他燃料的溫室氣體排放量估算（表1）

采用《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》[12]中移動源燃燒溫室氣體排放的核算方法對沼氣替代其他燃料的溫室氣體排放量進(jìn)行估算，方法如下：

CER=（CER，CO2+CER，CH4+CER，N2O）×εj

=（Pi×EFi，j-Pb×EFb，j）×εj

式中：CER為車用沼氣作為替代傳統(tǒng)燃料產(chǎn)生的溫室氣體減排量，以CO2當(dāng)量計，kg/a；CER，CO2為車用沼氣作為替代傳統(tǒng)燃料產(chǎn)生的CO2減排量，kg/a；CER，CH4為車用沼氣作為替代傳統(tǒng)燃料產(chǎn)生的CH4減排量，kg/a；CER，N2O為車用沼氣作為替代傳統(tǒng)燃料產(chǎn)生的N2O減排量，kg/a；Pi為被車用沼氣替代的柴油數(shù)量，kg/a；EFi，j為被替代柴油燃燒的j類溫室氣體（如CO2、CH4、N2O等）排放因子，10-3 kg/kg；Pb為車用沼氣數(shù)量，m3/a；EFb，j為沼氣燃燒的j類溫室氣體排放因子，10-3 kg/m3；εj為j類溫室氣體相對于CO2的全球變暖趨勢。

項目生產(chǎn)的車用沼氣作為可再生清潔能源替代柴汽油作為車用燃料，可供給公交車和出租車約1 080萬Nm3/a的清潔燃料，可替代汽柴油約8 600 t/a，在一定程度上，填補(bǔ)了車用天然氣的供應(yīng)缺口，緩解主城區(qū)天然氣供氣緊張局面。車用沼氣代替柴油傳統(tǒng)燃料使用每年可以減少溫室氣體的排放量為1.55×104 t（以CO2計）。

2.2 禽畜糞便管理CH4排放量的估算（表2）

禽畜糞便管理下CH4的排放量采用《IPCC國家溫室氣體清單優(yōu)良做法指南和不確定性管理》[13]中推薦的計算方法，計算公式如下：

BEm，CH4=EFI×NI×εCH4

式中：BEm，CH4為糞便管理過程中的CH4排放量，以CO2計，kg/a；EFI為I種禽畜糞便管理中每頭牲畜CH4排放因子，kg/a；NI為I種禽畜數(shù)量；εCH4為CH4相對于CO2的全球變暖趨勢。

工廠每日處理禽畜糞便約120 t，其中：豬糞100 t/d，按照每頭豬一晝夜的排糞量約為4 kg，可推算出工廠年處理的豬糞來于2.5萬頭豬；牛糞20 t/d，按照每頭牛一晝夜的排糞量約為20 kg，可推算出工廠年處理的牛糞來于1 000頭牛；可計算出每年減少的禽畜糞便管理CH4排放量為2.16×103 t（以CO2計）。endprint

2.3 農(nóng)作物秸稈作燃燒時CO2排放量的估算

CBM，CO2=BM×Ccont×Ofrac×44/12

式中： CBM，CO2為農(nóng)作物秸稈燃燒的CO2排放量，kg/a；BM為農(nóng)作物秸稈燃料的消耗量，kg；Ccont為農(nóng)作物秸稈燃料的含碳量，為40 %；Ofrac為農(nóng)作物秸稈燃料的氧化率，為85 %。

項目日處理農(nóng)作物秸稈類廢棄物約80 t，可計算出每年減少的農(nóng)作物秸稈被燃燒CO2的禽排放量為3.59×104 t。

2.4 沼氣項目減排效果分析

車用沼氣工程建設(shè)是減少溫室氣體排放、緩解全球變暖的有效途徑，通過沼氣工程雙向清潔功能，從源頭改善和消除產(chǎn)生空氣、土壤和水體等環(huán)境污染的同時，利用沼氣可再生能源滿足公交車和出租車的燃?xì)庑枨?，實現(xiàn)清潔能源替代石化能源，實現(xiàn)“綠色出行”和“零排放”，極大改善城市空氣質(zhì)量和城市生態(tài)環(huán)境。

通過計算，海南澄邁車用沼氣項目每年可減少溫室氣體的排放量為53 560 t CO2當(dāng)量。以上海碳交易市場近年平均交易價格（39.23元/t CO2）[15]計算，可帶來210.12萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

3 小結(jié)

分析表明，車用沼氣工程具有顯著的溫室氣體減排效益，年減排53 560 t的CO2當(dāng)量。若能將這部分減排量在國際碳市場上出售，將會帶來顯著經(jīng)濟(jì)效益。但是我國碳市場交易正處于起步階段，碳排放權(quán)交易市場還不完善，企業(yè)可選擇的交易對象范圍窄，實現(xiàn)交易時的價格非透明化，可比較性差，具有較高的交易成本。

因此，我國應(yīng)盡快建立和完善碳交易市場，加強(qiáng)對CDM項目開發(fā)的研究，與國際碳市場接軌，從而掌握國際碳市場定價權(quán)，有效提高沼氣工程建設(shè)積極性，促進(jìn)全球節(jié)能減排。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉尚余，駱志剛，趙黛青. 農(nóng)村沼氣工程溫室氣體減排分析[J]. 太陽能學(xué)報，2006，27（7）：652-655.

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[3] 張培棟，李欣榮，楊艷麗，等.中國大中型沼氣工程溫室氣體減排效益分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008，24（9）：239-243.

[4] 吳杰民. 沼氣作為車用燃?xì)鈶?yīng)用模式的研究[J]. 太陽能，2011，11：9-11.

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[14] 李玉娥，饒敏杰.動物廢棄物源甲烷排放量的初步估算與減緩技術(shù)選擇[J].農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，1995，11（3）：8-10.

[15] 中國證券網(wǎng). 上海碳交易市場累計成交額超6000萬元[EB/OL] . http：//www.cnstock.com/v_news/sns_bwkx/201407/3117814.htm，2014-07-29.endprint

2.3 農(nóng)作物秸稈作燃燒時CO2排放量的估算

CBM，CO2=BM×Ccont×Ofrac×44/12

式中： CBM，CO2為農(nóng)作物秸稈燃燒的CO2排放量，kg/a；BM為農(nóng)作物秸稈燃料的消耗量，kg；Ccont為農(nóng)作物秸稈燃料的含碳量，為40 %；Ofrac為農(nóng)作物秸稈燃料的氧化率，為85 %。

項目日處理農(nóng)作物秸稈類廢棄物約80 t，可計算出每年減少的農(nóng)作物秸稈被燃燒CO2的禽排放量為3.59×104 t。

2.4 沼氣項目減排效果分析

車用沼氣工程建設(shè)是減少溫室氣體排放、緩解全球變暖的有效途徑，通過沼氣工程雙向清潔功能，從源頭改善和消除產(chǎn)生空氣、土壤和水體等環(huán)境污染的同時，利用沼氣可再生能源滿足公交車和出租車的燃?xì)庑枨螅瑢崿F(xiàn)清潔能源替代石化能源，實現(xiàn)“綠色出行”和“零排放”，極大改善城市空氣質(zhì)量和城市生態(tài)環(huán)境。

通過計算，海南澄邁車用沼氣項目每年可減少溫室氣體的排放量為53 560 t CO2當(dāng)量。以上海碳交易市場近年平均交易價格（39.23元/t CO2）[15]計算，可帶來210.12萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

3 小結(jié)

分析表明，車用沼氣工程具有顯著的溫室氣體減排效益，年減排53 560 t的CO2當(dāng)量。若能將這部分減排量在國際碳市場上出售，將會帶來顯著經(jīng)濟(jì)效益。但是我國碳市場交易正處于起步階段，碳排放權(quán)交易市場還不完善，企業(yè)可選擇的交易對象范圍窄，實現(xiàn)交易時的價格非透明化，可比較性差，具有較高的交易成本。

因此，我國應(yīng)盡快建立和完善碳交易市場，加強(qiáng)對CDM項目開發(fā)的研究，與國際碳市場接軌，從而掌握國際碳市場定價權(quán)，有效提高沼氣工程建設(shè)積極性，促進(jìn)全球節(jié)能減排。

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2.3 農(nóng)作物秸稈作燃燒時CO2排放量的估算

CBM，CO2=BM×Ccont×Ofrac×44/12

式中： CBM，CO2為農(nóng)作物秸稈燃燒的CO2排放量，kg/a；BM為農(nóng)作物秸稈燃料的消耗量，kg；Ccont為農(nóng)作物秸稈燃料的含碳量，為40 %；Ofrac為農(nóng)作物秸稈燃料的氧化率，為85 %。

項目日處理農(nóng)作物秸稈類廢棄物約80 t，可計算出每年減少的農(nóng)作物秸稈被燃燒CO2的禽排放量為3.59×104 t。

2.4 沼氣項目減排效果分析

車用沼氣工程建設(shè)是減少溫室氣體排放、緩解全球變暖的有效途徑，通過沼氣工程雙向清潔功能，從源頭改善和消除產(chǎn)生空氣、土壤和水體等環(huán)境污染的同時，利用沼氣可再生能源滿足公交車和出租車的燃?xì)庑枨?，實現(xiàn)清潔能源替代石化能源，實現(xiàn)“綠色出行”和“零排放”，極大改善城市空氣質(zhì)量和城市生態(tài)環(huán)境。

通過計算，海南澄邁車用沼氣項目每年可減少溫室氣體的排放量為53 560 t CO2當(dāng)量。以上海碳交易市場近年平均交易價格（39.23元/t CO2）[15]計算，可帶來210.12萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

3 小結(jié)

分析表明，車用沼氣工程具有顯著的溫室氣體減排效益，年減排53 560 t的CO2當(dāng)量。若能將這部分減排量在國際碳市場上出售，將會帶來顯著經(jīng)濟(jì)效益。但是我國碳市場交易正處于起步階段，碳排放權(quán)交易市場還不完善，企業(yè)可選擇的交易對象范圍窄，實現(xiàn)交易時的價格非透明化，可比較性差，具有較高的交易成本。

因此，我國應(yīng)盡快建立和完善碳交易市場，加強(qiáng)對CDM項目開發(fā)的研究，與國際碳市場接軌，從而掌握國際碳市場定價權(quán)，有效提高沼氣工程建設(shè)積極性，促進(jìn)全球節(jié)能減排。

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