試析基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)碳排放

趙守清

（福建省武夷山國有林場）

試析基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)碳排放

趙守清

（福建省武夷山國有林場）

現(xiàn)代木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)的碳排放是引起全社會高度關(guān)注的重大課題。本文主要從基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)碳排放的研究方法入手，重點對其結(jié)果進行了分析，希望能給行業(yè)相關(guān)人士一定的參考和借鑒。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；木材生產(chǎn)；作業(yè)系統(tǒng)；碳排放

1 引言

當(dāng)前，全球變暖成為人們共同面臨的問題?！疤甲阚E”作為節(jié)能減排的一項量化參數(shù)，其概念一經(jīng)提出，便得到國內(nèi)外學(xué)者積極影響，并進行了深入研究，具體來說其研究層面包含個人碳足跡、產(chǎn)品足跡、服務(wù)碳足跡、企業(yè)碳足跡、城市碳足跡等內(nèi)容，涉及電力、煤炭、鋼鐵、水泥材料生產(chǎn)等眾多領(lǐng)域。在研究方法上，主要參考ISO14064標(biāo)準(zhǔn)、PAS2050標(biāo)準(zhǔn)以及溫室氣體議定書等國際標(biāo)準(zhǔn)。

眾所周知，森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫，約八成以上的地上碳儲量和四成的地下碳儲在森林生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)生，其碳匯功能成為人們關(guān)注的焦點，然而在實際操作過程中，人們對森林經(jīng)營活動的碳足跡卻研究的比較少，大部分精力仍舊停留在制漿造紙產(chǎn)品的碳足跡上。作為一項森林經(jīng)營活動，木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)的碳排放在一定程度上對生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生一定影響。

2 研究方法

2.1 木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)流程

具體來說，木材生產(chǎn)包括采、集、運、貯四個主要環(huán)節(jié)，從而完成從立木到原料木材的整個轉(zhuǎn)變過程。其中，采伐、打枝、造材可以對木材的形態(tài)做出改變，集材、裝車、運輸、卸車等工序能夠有效實現(xiàn)對木材的位移。這些工序能夠有效連接成不同的生產(chǎn)流水線，從而形成不同的木材生產(chǎn)工藝類型。就目前而言，我國生產(chǎn)應(yīng)用最為普及的是原木工藝類型。

木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)主要包括三個流程，分別為輸入、處理、輸出環(huán)節(jié)，其中自然條件、森林狀況、市場情況成為木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)的重要影響因素。就目來說，油鋸成為伐木、打枝、造材等各個環(huán)節(jié)中比較常見的設(shè)備；拖拉機、索道為主要的集材設(shè)備；絞盤機則用于裝車機械中；汽車為運材設(shè)備；完成木材生產(chǎn)及銷售的場所則是木材物流集散中心或者貯木場。

2.2 計算方法

本研究以《林區(qū)木材生產(chǎn)能耗》（LY/T1444.1～1444.6-2005）為標(biāo)準(zhǔn)，在標(biāo)準(zhǔn)工序下，對木材生產(chǎn)的綜合能耗量予以計算。

（1）油鋸燃料消耗量。在整個伐木工作中，油鋸生產(chǎn)單位木材消耗的燃料量與森林的海拔高度、樹木品種、林場氣溫、林場等級、木材病腐率、木材積和每hm2出材量等有著密切的關(guān)系。其中，氣溫以及針葉樹的比例越低，林場等級、海拔、木材病腐率越高，其相關(guān)的能源消耗就會越高。具體來說，油鋸伐木的燃料消耗量（kg/m3）的計算公式為：

在公式中，油鋸伐木的基本燃料消耗量（kg/m3）用qa1表示，氣溫的修正系數(shù)用Kt1表示，海拔的修正系數(shù)用Kh1表示，林場等級的修正系數(shù)用Kl1表示，樹種的修正系數(shù)用Ka1表示，木材病腐率的修正系數(shù)用Kb1表示。

（2）集材燃料的消耗量。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中僅僅列出了索道在進行原木集材過程中的燃料消耗及拖拉機進行原條過程中的能源消耗，其與海拔、氣溫、坡度、距離以及林場等級有著密切的聯(lián)系，其中，集材距離及坡度越大，能耗也就相對越高。具體來說，拖拉機的集材燃料消耗量（kg/m3）計算公式為：

而索道的有關(guān)集材燃料消耗量（kg/m3）的計算公式為：

在公式中，拖拉機關(guān)于集材的基本燃料消耗量（kg/m3）用qa2表示，索道的集材基本燃料消量（kg/m3）用qa3表示，氣溫的修正系數(shù)用Kt2表示，海拔的修正系數(shù)用Kh2表示，拖拉機集材坡度的修正系數(shù)用Kp2表示，索道集材坡度的修正系數(shù)用Kp3表示，林場等級的修正系數(shù)用Kl2表示，拖拉機集材距離的修正系數(shù)用Kj2表示，索道集材距離的修正系數(shù)用Kj3表示。

（3）絞盤機裝車設(shè)備的燃料消耗量。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對2105柴油絞盤機裝車燃料消耗量進行了規(guī)定，絞盤機裝車燃料消耗量（kg/m3）計算公式為：

在公式中：絞盤機裝車基本燃料消耗量（kg/m3）用qa4表示，氣溫修正系數(shù)用Kt4表示，海拔高度修正系數(shù)用Kh4表示。

（4）汽車運材燃料消耗量。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對EQ140汽車及柴油車燃料消耗量進行了規(guī)定。單位運距的汽車運材燃料消耗量與海拔、氣溫、道路等級有著密切聯(lián)系。汽車運材燃料消耗量［kg/（m3·km）］計算公式為：

在公式中：汽車運材基本燃料消耗量［kg/（m3·km）］用qa5表示，氣溫修正系數(shù)用Kt5表示，海拔高度修正系數(shù)用Kh5表示，道路等級修正系數(shù)用Kr5表示。

（5）貯木場生產(chǎn)能源消耗量。其能源消耗量（以標(biāo)準(zhǔn)煤計）（kg/m3）的計算公式為：

在公式中：貯木場生產(chǎn)總能耗量（以標(biāo)準(zhǔn)煤計，kg）用Wa6表示，貯木場生產(chǎn)總產(chǎn)量（以標(biāo)準(zhǔn)煤計，m3）用Ma6表示。

3 結(jié)果與分析

3.1 數(shù)據(jù)的選取

將福建閩南地區(qū)的木材生產(chǎn)作為研究的主要對象，參考《林區(qū)木材生產(chǎn)能耗》國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的木材生產(chǎn)過程中的基本燃料消耗量（表1），并將木材生產(chǎn)作業(yè)分為八種作業(yè)方式（表2），假設(shè)各作業(yè)方式所確定的燃料消耗量均為最高限額。

表1 基本燃料消耗量

表2 木材生產(chǎn)作業(yè)模式

3.2 在基本條件下對數(shù)據(jù)進行分析

依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的基本燃料消耗量和基本條件，對木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)碳排放進行計算。因標(biāo)準(zhǔn)中沒有對運材距離予以規(guī)定，假設(shè)運材距離為40km。當(dāng)木材生產(chǎn)作業(yè)在基本條件下進行時，則認(rèn)為采集運過程的燃料消耗與基本燃料消耗量基本一致。計算結(jié)果詳見表3。

表3 直接溫室氣體排放量

將表3中的計算結(jié)果依據(jù)八種作業(yè)方式予以計算，可以得到如圖1所示的總碳排放量。具體來說，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：①各作業(yè)模式的總排放介于9.4050～12.3488kg/m3；②運材段產(chǎn)生的碳排放在各作業(yè)模式中均為最多，且在模式Ⅲ中占據(jù)的比例最小，在模式Ⅵ中占據(jù)的比例最大；③拖拉機集材碳排放在模式Ⅰ中占據(jù)的比例最小，在模式Ⅳ中占據(jù)的比例最大；④索道集材的碳排放在模式Ⅴ中占據(jù)的比例最小，模式Ⅶ中占據(jù)的比例最大；⑤貯木場生產(chǎn)過程中，水運到材形成的碳排放要比汽運到材少，而油鋸伐木產(chǎn)生的碳排放占據(jù)的比例最小為3.2%，最大為4.2%，絞盤機裝車所產(chǎn)生的碳排放最少，在模式Ⅰ，Ⅱ，Ⅴ占據(jù)的比例最小，在模式Ⅷ中占據(jù)的比例最大。由圖1可以看出，作業(yè)模式Ⅷ產(chǎn)生的碳排放最少，也就是最優(yōu)的作業(yè)模式。所以，為實現(xiàn)木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)的節(jié)能減排，必須將運材段作為重點來抓。

圖1 各作業(yè)模式總碳排放

3.3 在平均修正系數(shù)條件下對相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析

因機械作業(yè)時的燃料消耗受海拔高度、氣溫、坡度等因素的影響，所以要引入修正系數(shù)，該系數(shù)指的是實際操作條件與基本條件下的燃料消耗量的比值。以我國南方地區(qū)為例，并取各修正系數(shù)得平均值，見表3，然后將平均修正系數(shù)代入式（1）～（5），可以實現(xiàn)對平均條件下木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)溫室氣體排放量的計算，見表4。

表4 平均條件下燃料消耗的修正系數(shù)

4 結(jié)語

總而言之，生態(tài)承載能力已經(jīng)成為目前制約經(jīng)濟發(fā)展的最嚴(yán)重的問題之一。而對采集運設(shè)備進行合理選擇是木材生產(chǎn)作業(yè)過程中實現(xiàn)節(jié)能減排的重要方式。具體來說，燃料消耗是采運過程的碳排放主要來源，想要明顯降低其在生命周期的碳排放，在實際操作過程中需要做到以下幾個方面：①根據(jù)林木條件和外部條件對相關(guān)設(shè)備進行選擇，在降低生產(chǎn)成本的同時，提高生產(chǎn)效率；②在設(shè)備安排上應(yīng)對采造設(shè)備予以重點關(guān)注，使集運材設(shè)備的生產(chǎn)力與其保持基本一致的狀態(tài)，否則極易導(dǎo)致后期集材設(shè)備需求激增等情況的出現(xiàn)。就目前而言，福建省大部分林區(qū)采用的YJ-4型號油鋸，其燃料消耗量遠遠超過美國、加拿大等發(fā)達國家使用的油鋸，所以應(yīng)及時對采伐設(shè)備進行更新?lián)Q代，有效實現(xiàn)降低油耗的目的。同時，在集運材段應(yīng)考慮對木材運輸過程進行如何優(yōu)化，并盡可能使用新型低碳能源，從源頭上減少碳排放。

[1]周媛，鄭麗鳳，周新年，巫志龍，周成軍，李 丹.基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)碳排放[J].北華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014（12）：89～91.

[2]劉美霞，武 振，王潔凝，劉洪娥，王廣明，彭 雄.住宅產(chǎn)業(yè)化裝配式建造方式節(jié)能效益與碳排放評價[J].建筑結(jié)構(gòu)，2015（12）：67～69.

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1005-7897（2016）08-0047-03

2016-4-14