二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用與拓展淺析

張　芮　陳　偉　張紫禾　陳　穎

（1.天津環(huán)科環(huán)境咨詢有限公司 天津 300191 2.國(guó)網(wǎng)天津市電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院 天津 300171 3.天津市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院 天津 300191）

引言

二氧化碳是引起氣候變化的主要溫室氣體，在《京都議定書》第一承諾期約定的六類溫室氣體中，二氧化碳排放量占全部溫室氣體排放總量的90%以上。二氧化碳排放主要由工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的能源活動(dòng)與工業(yè)生產(chǎn)過程兩部分構(gòu)成，鋼鐵、化工、電力等行業(yè)屬于二氧化碳重點(diǎn)排放行業(yè)。隨著2017年全國(guó)碳交易市場(chǎng)（發(fā)電行業(yè)）的正式啟動(dòng)，以及我國(guó)在《巴黎協(xié)定》中承諾將在2030年前后實(shí)現(xiàn)二氧化碳排放達(dá)峰的目標(biāo)[1]，以二氧化碳減排為主導(dǎo)的應(yīng)對(duì)氣候變化研究工作已成為國(guó)際社會(huì)和我國(guó)政府焦點(diǎn)問題。

二氧化碳的有效減排取決于準(zhǔn)確的排放計(jì)量，準(zhǔn)確的排放計(jì)量為摸清二氧化碳的排放現(xiàn)狀和特征、開展碳排放統(tǒng)計(jì)核算體系建設(shè)和核算工作提供依據(jù)。目前，國(guó)際通用的二氧化碳排放計(jì)量方法包括檢測(cè)法[2]與核算法[3]兩類。其中，檢測(cè)法具有精度高、誤差小的優(yōu)點(diǎn)，但成本相對(duì)較高，且需要配套完善的技術(shù)規(guī)范；而核算法恰恰相反，數(shù)據(jù)相對(duì)易于收集、簡(jiǎn)便易行，但數(shù)據(jù)不確定性相對(duì)較高，且由于排放因子相同，無(wú)法體現(xiàn)不同類型企業(yè)的差異性。歐盟、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家在溫室氣體排放計(jì)量工作上已相對(duì)成熟，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳等常規(guī)溫室氣體檢測(cè)體系的配備和應(yīng)用，而我國(guó)溫室氣體排放計(jì)量工作起步時(shí)間較短，現(xiàn)仍依靠核算手段，具有操作雖簡(jiǎn)便易行但規(guī)范性和精確性受到制約的特征，且服務(wù)于監(jiān)測(cè)管理的檢測(cè)技術(shù)體系建設(shè)尚未系統(tǒng)展開，對(duì)固定排放源溫室氣體排放檢測(cè)的指南方法和技術(shù)規(guī)范尚未出臺(tái)。為此，深入研究二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)并推廣應(yīng)用，更有助于建立健全有效的二氧化碳排放計(jì)量體系，更好地為二氧化碳減排和應(yīng)對(duì)氣候變化工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1　二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)概述

基于不同方法的學(xué)科背景，國(guó)際上現(xiàn)行的二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)方法可分為化學(xué)分析法、電化學(xué)分析法、物理光學(xué)分析法和物理化學(xué)技術(shù)聯(lián)用法四個(gè)類型。其中，化學(xué)分析法包括人工滴定法、化學(xué)吸收法、氣相色譜法[4]；電化學(xué)分析法包括自動(dòng)電位滴定法和電化學(xué)傳感器法[5]；物理光學(xué)分析法[6-7]包括紅外吸收光譜法、可調(diào)諧半導(dǎo)體/二極管激光吸收光譜法、中紅外LED光源差分吸收光譜法；物理化學(xué)技術(shù)聯(lián)用法包括光聲光譜法、氣相色譜-傅里葉變換紅外光譜聯(lián)用法[8]。經(jīng)過對(duì)各方法從儀器設(shè)備、檢測(cè)過程、檢測(cè)結(jié)果三方面綜合分析發(fā)現(xiàn)，化學(xué)分析法最為傳統(tǒng)，其原理簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，但響應(yīng)速度較差；電化學(xué)分析法在技術(shù)上雖較化學(xué)分析法有所突破，但其檢測(cè)精準(zhǔn)度和穩(wěn)定性不佳；物理化學(xué)技術(shù)聯(lián)用法技術(shù)新穎，但還未廣泛應(yīng)用；以紅外吸收光譜法為代表的物理光學(xué)分析法是國(guó)際上普遍認(rèn)可的且綜合表現(xiàn)最優(yōu)的二氧化碳檢測(cè)方法。

因此，我國(guó)應(yīng)以紅外吸收光譜物理光學(xué)分析法為切入點(diǎn)開展對(duì)二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)的研究，培養(yǎng)二氧化碳檢測(cè)領(lǐng)域的專業(yè)人才，成立專門的檢測(cè)研究隊(duì)伍，填補(bǔ)我國(guó)在二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)研究上的空白。此外，在理論研究的基礎(chǔ)上還應(yīng)該配合相應(yīng)的試點(diǎn)示范工程，推進(jìn)二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，開展更加科學(xué)高效的創(chuàng)新技術(shù)研究，力爭(zhēng)探究出對(duì)我國(guó)各行業(yè)各類型排放源具有普適性的二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)，使二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)得到各行各業(yè)的認(rèn)知和科學(xué)應(yīng)用。

2　二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

2.1　完善碳排放統(tǒng)計(jì)核算體系

研究二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)，開展二氧化碳檢測(cè)示范工作，通過施用多種二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)于同一固定排放源進(jìn)行檢測(cè)，比較不同檢測(cè)方法之間、檢測(cè)方法與排放因子核算法之間的二氧化碳排放結(jié)果的差異，探究檢測(cè)法與核算法之間的匹配性，以及檢測(cè)法的可行性，研究出相比于核算法計(jì)量更為精準(zhǔn)的檢測(cè)法，可幫助我國(guó)企業(yè)科學(xué)核算和規(guī)范報(bào)告自身的溫室氣體排放，促進(jìn)企業(yè)和有關(guān)部門提高碳排放報(bào)告、監(jiān)測(cè)與核查（MRV）水平，鼓勵(lì)企業(yè)積極參與碳排放交易，促使企業(yè)制定自身的溫室氣體排放控制計(jì)劃，強(qiáng)化企業(yè)社會(huì)責(zé)任。同時(shí)，碳排放統(tǒng)計(jì)核算體系的健全，也為應(yīng)對(duì)氣候變化主管部門建立并實(shí)施重點(diǎn)企業(yè)溫室氣體報(bào)告制度奠定基礎(chǔ)，為掌握重點(diǎn)企業(yè)溫室氣體排放情況，制定相關(guān)政策提供支撐。

2.2　建立本地化碳排放因子庫(kù)

《IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》和“中國(guó)分行業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南”中提供的溫室氣體核算方法存在高估排放因子的可能，致使計(jì)量結(jié)果與實(shí)際排放情況不符[9]。以二氧化碳排放行業(yè)為研究重點(diǎn)，選取典型企業(yè)的固定排放源作為檢測(cè)對(duì)象研究二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)，并運(yùn)用二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)計(jì)量出的二氧化碳排放結(jié)果，反推出相應(yīng)固定源、相應(yīng)燃料的排放因子值[10]，與核算方法的排放因子庫(kù)數(shù)據(jù)相對(duì)比，可針對(duì)不同行業(yè)的實(shí)際情況對(duì)排放因子庫(kù)做出合理校正，形成國(guó)家及省市級(jí)本地化排放因子庫(kù)，同時(shí)加強(qiáng)檢測(cè)方法與核算方法的適配性，使二者都能科學(xué)精準(zhǔn)地服務(wù)于溫室氣體計(jì)量工作。

2.3　拓展環(huán)境檢測(cè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域

在二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)研究成熟的基礎(chǔ)上，研究在現(xiàn)有環(huán)境檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)業(yè)務(wù)中，引入對(duì)重點(diǎn)排放企業(yè)和二氧化碳排放履約企業(yè)的二氧化碳檢測(cè)業(yè)務(wù)，為企業(yè)提供檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)服務(wù)，出具企業(yè)年度碳排放報(bào)告，供企業(yè)實(shí)時(shí)掌握本企業(yè)生產(chǎn)生活過程中二氧化碳的排放情況并做出控排調(diào)整。環(huán)境檢測(cè)機(jī)構(gòu)可肩負(fù)企業(yè)整個(gè)碳排放控制的相關(guān)工作，不僅可以為企業(yè)提供技術(shù)支持，確保企業(yè)排放自查的高效準(zhǔn)確性，還能負(fù)責(zé)收集企業(yè)排放核查所需的相關(guān)資料并出具給核查機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)工作與核查機(jī)構(gòu)核查工作的高效對(duì)接，為核查機(jī)構(gòu)的核查工作提供便利。

3　二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)拓展

3.1　重視其他溫室氣體排放，推動(dòng)溫室氣體檢測(cè)技術(shù)研究

除了二氧化碳之外，甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫和三氟化氮等六種溫室氣體對(duì)氣候變化的影響也不容忽視?？蒲袡C(jī)構(gòu)和相關(guān)專家應(yīng)在二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)逐漸成熟的基礎(chǔ)上開展對(duì)該六種溫室氣體檢測(cè)技術(shù)的研究，研究溫室氣體與大氣污染物排放參數(shù)同步獲取、協(xié)同分析的方法，建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)方法體系。確定出我國(guó)排放該六種溫室氣體的具體企業(yè)類型和相關(guān)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，對(duì)重點(diǎn)企業(yè)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)開展溫室氣體檢測(cè)技術(shù)示范，研究溫室氣體排放檢測(cè)方法與排放因子核算方法的適配性，完善溫室氣體檢測(cè)技術(shù)和溫室氣體核算方法，拓展環(huán)境檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)溫室氣體全面檢測(cè)的業(yè)務(wù)領(lǐng)域。

3.2　研究溫室氣體與污染物協(xié)同治理，啟動(dòng)溫室氣體環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可對(duì)空氣中二氧化硫、二氧化氮、臭氧、可吸入顆粒物等污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，能夠反映出監(jiān)測(cè)區(qū)域的空氣質(zhì)量狀況及變化規(guī)律。二氧化碳雖因不屬于污染物而未納入空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之中，但因其是全球變暖的主要影響物，因此可利用我國(guó)現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，加裝對(duì)二氧化碳?xì)怏w檢測(cè)的模塊，監(jiān)測(cè)區(qū)域空氣中二氧化碳的濃度變化和整體含量水平，并與監(jiān)測(cè)出的區(qū)域的空氣質(zhì)量狀況及污染物濃度變化規(guī)律相結(jié)合，綜合分析二氧化碳與其他污染物對(duì)空氣質(zhì)量產(chǎn)生的共同影響，從而研究溫室氣體與污染物協(xié)同治理的方法，協(xié)同改善大氣環(huán)境質(zhì)量。

通過對(duì)二氧化碳排放檢測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)的結(jié)合應(yīng)用，可構(gòu)建不同層級(jí)環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)，將區(qū)域二氧化碳和污染物氣體檢測(cè)結(jié)果納入其中，為環(huán)保部門的環(huán)境決策、環(huán)境管理、污染防治等工作提供科學(xué)保障，為國(guó)家和地方今后長(zhǎng)期開展氣候變化研究、環(huán)境空氣質(zhì)量研究等工作提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。

4　政策建議

4.1　發(fā)揮政府主導(dǎo)作用，開展示范研究

二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)是碳排放統(tǒng)計(jì)核算體系中檢測(cè)手段計(jì)量的方法。為了更好地研究二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)并推動(dòng)碳排放統(tǒng)計(jì)核算體系建設(shè)工作順利進(jìn)行，建議政府發(fā)揮其主導(dǎo)作用，號(hào)召重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)實(shí)施對(duì)二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的示范工程，使企業(yè)能夠通過二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)科學(xué)地掌握企業(yè)的溫室氣體排放情況。政府應(yīng)及時(shí)解決示范工程中遇到的重大關(guān)鍵問題，通過示范調(diào)整二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用，使其更好地服務(wù)于二氧化碳排放統(tǒng)計(jì)核算體系建設(shè)工作。政府應(yīng)負(fù)責(zé)推廣二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)在重點(diǎn)排放企業(yè)中的認(rèn)知并應(yīng)用于實(shí)際的核算核查工作中，使其為我國(guó)的碳排放統(tǒng)計(jì)核算體系建設(shè)工作的開展與深入打下良好的基礎(chǔ)，開拓出更廣闊的發(fā)展空間。

4.2　提供資金支持，鼓勵(lì)技術(shù)研究和應(yīng)用

我國(guó)對(duì)二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)的研究和應(yīng)用屬于初探階段，建議政府設(shè)立專門的研究項(xiàng)目，成立專門的研究機(jī)構(gòu)，對(duì)二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)開展專項(xiàng)研究，使其更適用于地方碳排放統(tǒng)計(jì)核算體系建設(shè)工作。政府應(yīng)對(duì)研究工作提供資金支持，必要的可形成溫室氣體檢測(cè)技術(shù)研究資金投入長(zhǎng)效機(jī)制，對(duì)除二氧化碳之外的甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫和三氟化氮等六種溫室氣體實(shí)行全面檢測(cè)技術(shù)研究，使檢測(cè)技術(shù)能夠全面覆蓋碳排放統(tǒng)計(jì)核算的計(jì)量?jī)?nèi)容。政府應(yīng)投入對(duì)專業(yè)環(huán)境檢測(cè)人員的培訓(xùn)，開辟溫室氣體檢測(cè)業(yè)務(wù)，規(guī)定企業(yè)接受檢測(cè)人員對(duì)其生產(chǎn)排放源的檢測(cè)。

4.3　開展國(guó)內(nèi)外交流合作，助力技術(shù)引進(jìn)

建議政府組織科研機(jī)構(gòu)的研究人員向國(guó)際國(guó)內(nèi)專家學(xué)習(xí)更為先進(jìn)的二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)方法，定期開展交流合作，跟蹤溫室氣體檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展，為研究機(jī)構(gòu)吸納專業(yè)技術(shù)性人才，優(yōu)化溫室氣體檢測(cè)領(lǐng)域的人才技術(shù)環(huán)境，促進(jìn)技術(shù)引進(jìn)再創(chuàng)新，引領(lǐng)檢測(cè)設(shè)備的聯(lián)合開發(fā)業(yè)務(wù)。建議政府推動(dòng)研究人員就二氧化碳排放統(tǒng)計(jì)核算體系的建設(shè)工作進(jìn)行交流，學(xué)習(xí)典型核算難題的解決方案，分享排放核算工作中的政策制定方法，以促進(jìn)我國(guó)的碳排放統(tǒng)計(jì)核算體系的建設(shè)工作。

結(jié)語(yǔ)

在抑制全球變暖和應(yīng)對(duì)氣候變化的嚴(yán)峻工作背景下，二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)的研究既具有可觀的現(xiàn)實(shí)意義、又具有深刻的長(zhǎng)遠(yuǎn)意義，二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)的可應(yīng)用領(lǐng)域也極其廣泛，深入研究二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)并圍繞其拓展，也能為溫室氣體排放控制工作帶來(lái)不凡的意義，在政府和環(huán)保部門的低碳環(huán)保工作中，應(yīng)合理利用政策手段為二氧化碳排放檢測(cè)技術(shù)的研究和應(yīng)用提供更多的支持和支撐，從而使我國(guó)盡快實(shí)現(xiàn)控排、減排、排放達(dá)峰的目標(biāo)。

[1]巢清塵,張永香,高翔,等.巴黎協(xié)定:全球氣候治理的新起點(diǎn)[J].氣候變化研究進(jìn)展,2016,12(1):61-67.

[2]張寧,張紫禾,康磊,等.固定排放源CO2排放檢測(cè)方法綜述[J].中國(guó)環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報(bào),2016,26(6):60-62.

[3]IPCC.2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories[M].Japan:IGES,2006.

[4]James A T,Martin A J P.Gas-liquid partition chromatography;the separation and micro-estimation of volatile fatty acids from formic acid to dodecanoic acid[J].Biochemical Journal,1955,61(1):174-176.

[5]ZHOU Zhongbai,HE Baoshan,FENG Liangdong,et al.Multi-sensor technique and solid-state electrochemical sensor system for real-time and dynamic monitoring of multi-component gases[J].Sensors&Actuators B:Chemical,2005,108(1/2):379-383.

[6]Hummelga Rd C,Bryntse I,Bryzgalov M,et al.Lowcost NDIR based sensor platform for sub-ppm gas detection[J].Urban Climate,2014,14:342-350.

[7]Kwon J,Ahn G,Kim G,et al.A study on NDIR-based CO2 sensor to apply remote air quality monitoring system[C]//ICCAS-SICE.IEEE,2009:1683-1687.

[8]Zhang Wang,Wu Zhiying,Yu Qingxu.Photoacoustic spectroscopy for fast and sensitive ammonia detection[J].Chinese Optics Letters,2007,5(11):677-679.

[9]LIU Zhu,GUAN Dabo,WEI Wei,et al.Reduced carbon emission estimates from fossil fuel combustion and cement production in China[J].Nature,2015,524(7565):335-8.

[10]張寧，張紫禾，張景奇，等.燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電CO2排放量量化方法比較[J].環(huán)境科學(xué)研究,2017,30(9):1489-1496.