生物質(zhì)噴氣燃料可持續(xù)性及生命周期碳足跡評價(jià)研究

蔡立樂，聶 紅，吳 昊，于 博，解增忠，李 娜，渠紅亮

(中石化石油化工科學(xué)研究院有限公司，北京 100083)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,航空運(yùn)輸業(yè)保持著持續(xù)增長的態(tài)勢,使用傳統(tǒng)航空燃料帶來的溫室氣體排放也逐年增加,由于其本身巨大的行業(yè)體量和不可替代性,航空燃料所伴生的碳排放問題存在更多復(fù)雜性[1-2]。航空運(yùn)輸業(yè)是為全球經(jīng)濟(jì)活動提供運(yùn)輸服務(wù)的基礎(chǔ)性行業(yè),民航飛機(jī)的航程特點(diǎn)和當(dāng)前的燃料技術(shù)決定了現(xiàn)階段航空運(yùn)輸業(yè)在低碳能源上沒有太多的選擇,仍主要依賴化石燃料,行業(yè)碳減排的推進(jìn)相對緩慢[3-5]。2017年9月,國際民航組織明確提出了“航空替代燃料必須滿足可持續(xù)性”這一環(huán)境要求。生物質(zhì)噴氣燃料(生物噴氣燃料)無論從原料獲取還是環(huán)保降碳方面都滿足可持續(xù)發(fā)展要求。從生命周期角度評價(jià)生物噴氣燃料,生物質(zhì)原料在種植過程中吸收CO2,噴氣燃料在燃燒過程排放CO2,CO2處于循環(huán)狀態(tài),因此生物噴氣燃料具有顯著的碳減排特性[6]。

“碳足跡”的概念源自于“生態(tài)足跡”,相較于單一的碳排放,碳足跡是以生命周期評價(jià)方法評估研究對象在其生命周期中直接或間接產(chǎn)生的溫室氣體排放,包括產(chǎn)品在原料、制造、運(yùn)輸、使用、廢棄等全生命周期中所產(chǎn)生的碳排放,不僅包括產(chǎn)品本身,也包括其產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈等關(guān)聯(lián)范圍的碳排放。目前國內(nèi)外已有學(xué)者對噴氣燃料碳足跡進(jìn)行測算研究。王子健等[7]通過質(zhì)量分配法分析了噴氣燃料產(chǎn)品碳足跡并得出直餾煤油作噴氣燃料的碳足跡為59.98 kg/t,并從優(yōu)化能源利用效率、改進(jìn)原油品質(zhì)和加工工藝、碳捕集與碳封存3個(gè)方面進(jìn)行分析。張羅庚等[8]結(jié)合某煉化企業(yè)生產(chǎn)噴氣燃料產(chǎn)品的流程,從原料獲取、運(yùn)輸、生產(chǎn)、銷售和使用5個(gè)階段對噴氣燃料產(chǎn)品的全生命周期碳足跡進(jìn)行核算,得到其碳足跡為3 329.55 kg/t;Liu Ziyu等[9]利用生命周期評估(LCA)理論方法對微藻和麻風(fēng)樹為原料的生物噴氣燃料全生命周期進(jìn)行了建模分析,然而無法驗(yàn)證其所基于的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)與未來工業(yè)應(yīng)用的可持續(xù)航空替代燃料工藝碳排放的可比性。目前尚未有學(xué)者對我國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的生物噴氣燃料產(chǎn)品碳足跡進(jìn)行對比測算,缺乏基于我國實(shí)際生產(chǎn)的生物噴氣燃料碳足跡數(shù)據(jù)。本課題基于生命周期的評價(jià)分析,首次分析基于我國生產(chǎn)數(shù)據(jù)的生物噴氣燃料生命周期碳足跡,并與我國主要煉油廠的石油基噴氣燃料的生命周期碳足跡進(jìn)行對比分析。

1 生物噴氣燃料的生產(chǎn)工藝

生物噴氣燃料是目前可持續(xù)性航空燃料中應(yīng)用較廣的一種。生物噴氣燃料是指以廢棄油脂、農(nóng)林廢棄物、藻類等生物質(zhì)為原料制備的可供航空器使用的新型燃料,原料首先需進(jìn)行預(yù)處理脫除其中的金屬、氯等雜質(zhì),以降低這些雜質(zhì)對加氫催化劑和反應(yīng)設(shè)備的危害,然后進(jìn)行加氫處理和異構(gòu)轉(zhuǎn)化,最后得到生物噴氣燃料以及石腦油和生物柴油產(chǎn)品。

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)進(jìn)步,餐飲業(yè)日益繁榮,使餐廚廢油的產(chǎn)生量空前增長。餐飲廢油不僅污染環(huán)境,而且由于其游離脂肪酸含量高并含有醛、酮和聚合物等組分,若非法進(jìn)入餐飲業(yè)會嚴(yán)重危害人們健康。利用餐飲廢油生產(chǎn)生物質(zhì)燃料,在避免危害百姓身體健康的同時(shí),還能夠改善能源產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境。我國居民日常食用油以植物油為主,因此本研究不考慮餐飲廢油中占比較低的動物油成分,僅以餐飲廢油制取生物噴氣燃料為研究對象。以圖1所示生產(chǎn)路線開展生物噴氣燃料生命周期碳排放分析,上游追溯至作物種植,下游分析至噴氣燃料在航空器中的燃燒。其中油料植物種植過程包含農(nóng)藥、化肥的使用以及耕作、播種過程的環(huán)境影響;油料作物種子用于生產(chǎn)植物油,食用油經(jīng)過烹飪及使用后,廢棄油脂分散在餐廚垃圾中,收集餐飲廢油并進(jìn)行提取、精煉,進(jìn)而用于生產(chǎn)生物噴氣燃料。

圖1 餐飲廢油生產(chǎn)生物噴氣燃料技術(shù)路線

2 生命周期評價(jià)模型

根據(jù)圖1餐飲廢油生產(chǎn)生物噴氣燃料技術(shù)路線,對生命周期各階段生產(chǎn)活動進(jìn)行數(shù)據(jù)收集,利用LCA方法建立生物噴氣燃料生產(chǎn)路線的碳足跡評估模型,并計(jì)算各環(huán)節(jié)碳排放。

2.1 生命周期評價(jià)概念

生命周期評價(jià)是一種以原材料采集為起始,包含生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷售、使用、回收和處置等各環(huán)節(jié),評價(jià)整個(gè)生命周期內(nèi)產(chǎn)品、工藝或活動環(huán)境負(fù)荷的過程。生命周期評價(jià)是對環(huán)境壓力進(jìn)行評價(jià)的客觀過程,它通過核算對能量和物質(zhì)的利用以及廢物排放對環(huán)境的影響,表征研究對象整個(gè)生命周期各環(huán)節(jié)對社會和環(huán)境的影響程度。

2.2 生命周期評價(jià)模型

開展生命周期評價(jià)首先要確定研究范圍。根據(jù)生命周期框架定義,用來制取生物噴氣燃料的餐飲廢油是各種植物油的混合物,植物油的生產(chǎn)包含各種植物的種植、產(chǎn)籽、榨取過程,過程涉及的包含運(yùn)輸在內(nèi)的能源消耗和環(huán)境排放不能忽略,但由于數(shù)據(jù)可獲得性和數(shù)據(jù)質(zhì)量的限制,需對系統(tǒng)邊界做適當(dāng)界定,剔除一些對實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo)影響不大的過程,如土地占用、廢棄物處理等。根據(jù)該原則,本研究建立的全生命周期評價(jià)模型主要考慮種植過程、運(yùn)輸過程、植物油生產(chǎn)過程、餐飲廢脂收集和精煉過程、生物噴氣燃料生產(chǎn)過程以及消費(fèi)使用過程。

2.2.1油料作物種植碳排放

(1)種植油料作物固碳。2019年國內(nèi)食用油消費(fèi)結(jié)構(gòu)占比由高到低的順序?yàn)榇蠖褂?40.9%)>棕櫚油(21.4%)>菜籽油(18.9%)>花生油(7.4%)>特種植物油(6.9%)>棉籽油(4.4%)[10]。由于我國棕櫚油基本依賴于進(jìn)口,因此本研究選取大豆油、菜籽油和花生油為主要研究對象。我國大豆平均產(chǎn)量為1 983.5 kg/hm2,花生平均產(chǎn)量為3 809.9 kg/hm2,油菜籽平均產(chǎn)量為2 104.4 kg/hm2[11]。根據(jù)我國油料作物出油率水平,設(shè)大豆的產(chǎn)油率為17%,花生的產(chǎn)油率為40%,油菜籽的產(chǎn)油率為35%[11],則每生產(chǎn)1 kg大豆油需要大豆5.88 kg,生產(chǎn)1 kg花生油需要花生2.50 kg,生產(chǎn)1 kg菜籽油需要油菜籽2.86 kg。大豆、花生和油菜都是一年生的作物,它們在一年內(nèi)的CO2吸收量就是其在整個(gè)生長過程中的吸收量。大豆的固碳系數(shù)為1 730 kg/(hm2·a)[12],折算成CO2吸收量為6 340 kg/(hm2·a),折合1 kg大豆種子的CO2吸收量為3.20 kg?；ㄉ墓烫剂繛? 300 kg/(hm2·a)[13],折算成CO2吸收量為4 770 kg/(hm2·a),折合1 kg花生種子的CO2吸收量為1.25 kg。油菜的固碳量為1 450 kg/(hm2·a)[14],折算成CO2吸收量為5 320 kg/(hm2·a),折合1 kg油菜籽的CO2吸收量為2.53 kg。

假設(shè)餐飲植物油由大豆油、菜籽油、花生油混合而成,混合比例參考文獻(xiàn)中餐飲廢油的典型配比(質(zhì)量比):大豆油占38.6%,花生油占38.5%,菜籽油占22.9%[15]。通過混合比例折算生產(chǎn)1 kg混合油料作物種子的綜合CO2吸收量為2.29 kg。

(2)油料作物種植過程化肥消耗。植物生長所需的無機(jī)物來源分為兩部分,一部分是由土壤本身所具有的肥力提供,另一部分則來自施用化肥。假設(shè)植物生長過程中所需要的N,P,K有50%來自人工施肥,每生產(chǎn)1 kg氮肥、磷肥、鉀肥(以有效成分計(jì))的碳排放量(以CO2計(jì))分別為2.041,1.630,0.650 kg[16]。

根據(jù)油料作物生長過程中N,P,K元素吸收量的研究[17],植物生長中來自化肥的N,P2O5,K2O需求量分別是:每生產(chǎn)1 kg大豆需要N,P2O5,K2O的質(zhì)量分別為0.036,0.009,0.020 kg;每生產(chǎn)1 kg花生需要N,P2O5,K2O的質(zhì)量分別為0.034,0.065,0.019 kg;每生產(chǎn)1 kg 油菜籽需要N,P2O5,K2O的質(zhì)量分別為0.029,0.013,0.022 kg。由此計(jì)算得到每生產(chǎn)1 kg大豆、花生和油菜籽需要施肥造成的間接碳排放量分別為0.10,0.19,0.09 kg。

(3)油料作物種植過程中的其他消耗。在種植大豆、花生、油菜等油料作物的過程中,除了化肥使用造成的間接排放外,還有種子獲取、地膜使用、除草劑及其他輔助營養(yǎng)劑的使用以及播種、灌溉、收獲過程中的能源消耗及溫室氣體排放[18]。綜合以上因素的碳排放數(shù)據(jù),由生命周期評價(jià)模型核算得到,在3種作物種植過程中,獲取1 kg大豆的碳排放總量為0.79 kg;獲取1 kg花生的碳排放總量為0.55 kg;獲取1 kg油菜籽的碳排放總量為0.75 kg。

2.2.2植物油生產(chǎn)碳排放

植物油生產(chǎn)一般采用電機(jī)榨油技術(shù),需要消耗水、煤、電以及植物種子和其他輔助原料等,榨油設(shè)備使用電氣化控制。根據(jù)文獻(xiàn)[12]中的油料榨油過程能耗數(shù)據(jù),處理1 kg油料籽粒需要耗電0.03 kW·h,折合消耗標(biāo)準(zhǔn)煤0.01 kg(1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤≈29.3 MJ),標(biāo)準(zhǔn)油2×10-6kg(1 kg標(biāo)準(zhǔn)油≈41.8 MJ)。根據(jù)《中國石油化工企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南(試行)》、《省級溫室氣體排放清單》、《GB/T 2589—2020綜合能耗計(jì)算通則》以及生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的電網(wǎng)排放因子等數(shù)據(jù),計(jì)算各能源碳排放因子,結(jié)果如表1所示。根據(jù)各能源碳排放因子核算植物油的生產(chǎn)過程碳排放強(qiáng)度(生產(chǎn)單位質(zhì)量該產(chǎn)品造成的直接碳排放量),結(jié)果為0.06 kg/kg。

表1 碳排放因子統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.2.3運(yùn)輸過程碳排放

生物噴氣燃料生產(chǎn)的全生命周期評價(jià)環(huán)節(jié)中,涉及到的主要運(yùn)輸過程有3個(gè):餐飲廢油收集運(yùn)輸過程、廢油運(yùn)輸?shù)綗捰蛷S以及生物噴氣燃料產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)綑C(jī)場?？紤]到公路運(yùn)輸成本,通常假設(shè)平均配送距離為300 km,使用載重為25 t的卡車運(yùn)輸,總運(yùn)輸距離為900 km。載重25 t的卡車公路運(yùn)輸時(shí)的柴油消耗量為0.061 L/(t·km)[19],根據(jù)柴油燃料的碳排放因子3.18 kg/kg,每運(yùn)輸1 t油品、運(yùn)輸距離為1 km時(shí)的碳排放量為0.16 kg,折合每1 kg噴氣燃料所需的廢油運(yùn)輸及噴氣燃料運(yùn)輸總碳排放量合計(jì)為0.24 kg。

2.2.4餐飲廢油提取碳排放

食用植物油經(jīng)過烹飪后,其使用量的15%將成為廢棄油脂分散在餐廚垃圾中[20],餐廚垃圾經(jīng)固液分離、脫水后提取得到餐飲廢油。餐廚垃圾中油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為5%,出油率為98%,用餐廚垃圾提取1 t毛油需要消耗蒸汽109 kg、電12 kW·h。以廢棄油脂的收率為15%計(jì)算,其產(chǎn)品分配系數(shù)為0.15,根據(jù)各能源碳排放因子核算每提取1 kg 餐飲廢油的碳排放量為0.03 kg。

2.2.5餐飲廢油精煉碳排放

餐飲廢油是含有雜質(zhì)的高酸值油脂,而雜質(zhì)、水分和游離脂肪酸對酯交換都會產(chǎn)生影響,所以收集并提取的餐飲廢油在用于生產(chǎn)噴氣燃料前必須進(jìn)行預(yù)處理,預(yù)處理方法采用化學(xué)精煉法,獲得 1 kg精煉油脂需消耗毛油質(zhì)量為1.042 kg,脫酸所需的NaOH質(zhì)量為10.42 kg,脫膠質(zhì)所需的硫酸質(zhì)量為1.46 kg,同時(shí)消耗蒸汽206 kg、電24 kW·h。精煉后的餐飲廢油可直接用于生產(chǎn)生物噴氣燃料。根據(jù)以上物質(zhì)消耗與能源消耗數(shù)據(jù),經(jīng)碳足跡評價(jià)模型核算得到精煉油脂綜合碳排放強(qiáng)度為0.06 kg/kg。進(jìn)而,根據(jù)各能源碳排放因子核算得到,每生產(chǎn)1 kg 生物質(zhì)噴氣燃料在提取和精煉油脂環(huán)節(jié)碳排放總量為0.18 kg。

2.2.6生物噴氣燃料生產(chǎn)碳排放

本研究涉及的生物噴氣燃料生產(chǎn)工藝采用中國石油化工集團(tuán)有限公司開發(fā)的以餐飲廢油為原料生產(chǎn)生物噴氣燃料兩段加氫(SRJET)技術(shù),該技術(shù)于2011年12月在中國石化鎮(zhèn)海煉化分公司(簡稱鎮(zhèn)海煉化)完成了工業(yè)示范生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)了以餐飲廢油為原料生產(chǎn)出合格的生物噴氣燃料產(chǎn)品[21],并已在鎮(zhèn)海煉化建成并投產(chǎn)了一套100 kt/a生物噴氣燃料工業(yè)生產(chǎn)裝置。SRJET技術(shù)的工藝流程如圖2所示。

圖2 SRJET技術(shù)的工藝流程示意

該生物噴氣燃料生產(chǎn)裝置每處理1 t原料需要消耗240 kg蒸汽、191.2 kW·h電、0.046 t燃料氣、0.08 t水和9.6 m3氮?dú)?生物噴氣燃料生產(chǎn)過程氫耗為0.03 kg/kg。同時(shí),基于某煉化企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程的物料平衡數(shù)據(jù)以及能耗投入(包括電力、蒸汽、水、燃料氣等)[22]進(jìn)行核算,可以得到:制氫能力約為15 000 m3/h的煤制氫裝置,氫氣產(chǎn)品的碳排放強(qiáng)度為23.25 kg/kg;制氫能力約為15 000 m3/h的天然氣制氫裝置,氫氣產(chǎn)品的碳排放強(qiáng)度為6.73 kg/kg。該生物噴氣燃料生產(chǎn)裝置采用天然氣制氫氫氣。根據(jù)該工藝生產(chǎn)生物質(zhì)噴氣燃料產(chǎn)品的收率為45.3%,采用熱值分配法在各產(chǎn)品間進(jìn)行能耗和碳排放分配,生物質(zhì)噴氣燃料的分配系數(shù)是0.51。因此在SRJET工藝生產(chǎn)環(huán)節(jié),生物噴氣燃料產(chǎn)品的碳排放強(qiáng)度為0.31 kg/kg。

生物噴氣燃料生產(chǎn)裝置反應(yīng)器內(nèi)裝填的RSS-2催化劑及RGO-1保護(hù)劑在1 100余天的整個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)活性穩(wěn)定,目前反應(yīng)器入口溫度控制在265 ℃左右,催化劑活性穩(wěn)定,得到的產(chǎn)品硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1 850 μg/g,氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5 μg/g,硫醇硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于6 μg/g,并且色度(賽波特)保持在+30號,質(zhì)量良好。反應(yīng)器入口溫度和入口壓力隨反應(yīng)時(shí)間的變化情況如圖3所示。對圖3中的反應(yīng)器入口反應(yīng)溫度進(jìn)行線性擬合,可計(jì)算得到催化劑的活性損失速率為10.8 ℃/a,催化劑的活性損失較小。

圖3 裝置入口反應(yīng)溫度與入口壓力情況

2.2.7催化劑生產(chǎn)碳排放

SRJET技術(shù)路線中,每噸加氫催化劑可處理19 kt原料,每噸異構(gòu)轉(zhuǎn)化催化劑可處理26 kt原料,每噸加氫補(bǔ)充精制催化劑可處理52 kt原料。由催化劑生產(chǎn)能耗計(jì)算得到每噸加氫催化劑、異構(gòu)化催化劑、補(bǔ)充精制催化劑的制備過程的碳排放量分別為6.35,18.87,13.40 kg。按照工業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù),加氫處理單元催化劑使用壽命為2 a,加氫轉(zhuǎn)化單元和加氫補(bǔ)充精制催化劑的使用壽命均為4 a。以催化劑最長使用周期核算,每生產(chǎn)1 kg生物噴氣燃料因催化劑使用而產(chǎn)生的間接碳排放為0.003 kg。

2.2.8生物噴氣燃料燃燒碳排放

在生物噴氣燃料的生命周期中,消費(fèi)使用環(huán)節(jié)是其主要的碳排放來源,根據(jù)生物噴氣燃料低位發(fā)熱量、碳排放因子和碳氧化率計(jì)算,1 kg生物噴氣燃料燃燒消費(fèi)造成的碳排放量為3.15 kg。

3 計(jì)算結(jié)果與討論

從作物種植到噴氣燃料生產(chǎn)及燃燒使用,生物噴氣燃料生命周期各環(huán)節(jié)的碳足跡如表2所示。模型核算結(jié)果顯示,噴氣燃料產(chǎn)品生命周期中碳排放最高的環(huán)節(jié)為燃料的燃燒使用,比例約占58%。雖然燃燒環(huán)節(jié)碳排放不可避免,但作物種植過程CO2吸收量在生物噴氣燃料生命周期中可抵扣約90%的環(huán)境碳排放,綜合生物噴氣燃料生命周期各階段碳排放,生物噴氣燃料生命周期碳足跡為0.55 kg/kg。此外,在生物噴氣燃料生產(chǎn)過程中,碳排放的主要來源為作物種植過程的能源和物質(zhì)消耗,其次為噴氣燃料生產(chǎn)過程碳排放。

表2 生物噴氣燃料各環(huán)節(jié)的碳足跡

生物噴氣燃料替代石油基噴氣燃料對于全球能源消耗的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變具有重要意義,將生物噴氣燃料與石油基噴氣燃料生命周期碳足跡對比分析,進(jìn)而評價(jià)生物噴氣燃料替代石油基噴氣燃料生產(chǎn)使用的社會效益。石油基噴氣燃料生產(chǎn)活動數(shù)據(jù)與能源消耗數(shù)據(jù)來源于中國石化主營煉油廠實(shí)際生產(chǎn)裝置典型數(shù)據(jù),計(jì)算過程中采用的各種能源的CO2排放因子見表1,各環(huán)節(jié)的碳足跡及占比見表3。

表3 石油基噴氣燃料各環(huán)節(jié)碳足跡及占比

由表3可知,石油基噴氣燃料的全生命周期碳足跡為3.660 kg/kg。與石油基噴氣燃料生命周期碳足跡相比,生物噴氣燃料生命周期碳足跡降低至0.55 kg/kg,實(shí)現(xiàn)碳減排85.0%。

4 不確定性分析

生命周期評價(jià)模型的構(gòu)建需要大量的數(shù)據(jù),如生產(chǎn)活動數(shù)據(jù)、材料消耗、能源消耗等。因此,模型計(jì)算結(jié)果不可避免地存在由數(shù)據(jù)質(zhì)量的不確定引起的結(jié)果誤差。采用蒙特卡洛模擬分析法可根據(jù)研究目的構(gòu)建出測算模型,根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)或者使用相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析方法對模型參數(shù)進(jìn)行隨機(jī)抽樣,按照各參數(shù)因子分布規(guī)律通過大量的隨機(jī)抽樣,綜合得到目標(biāo)結(jié)果的分布概率,進(jìn)而評價(jià)所有參數(shù)變量對總評價(jià)指標(biāo)的影響。

采用蒙特卡洛模擬分析法進(jìn)行模型的不確定性分析時(shí),首先要確定模型的參數(shù)及其概率分布。生物質(zhì)噴氣燃料生命周期碳足跡評價(jià)模型中的參數(shù)分為兩大類,即活動水平數(shù)據(jù)及其對應(yīng)的碳排放因子數(shù)據(jù)?；顒铀綌?shù)據(jù)來源于實(shí)際裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)或文獻(xiàn)數(shù)據(jù);碳排放因子數(shù)據(jù)則通過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或指南中的數(shù)據(jù)折算得出。假設(shè)模型排放清單的輸入數(shù)據(jù)均呈現(xiàn)正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布的形式,并選取其有效值作為平均值,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差通過數(shù)據(jù)來源的可靠性及數(shù)據(jù)取值的準(zhǔn)確性來確定。

在生物噴氣燃料生命周期碳足跡測算模型中輸入各參數(shù)的概率分布、均值及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差,采用蒙特卡洛模擬分析模型從各參數(shù)取值范圍中隨機(jī)抽取數(shù)據(jù)組成數(shù)據(jù)組,運(yùn)行模型1×105次,獲得生物噴氣燃料生命周期碳足跡的預(yù)測結(jié)果及其概率分布,結(jié)果如圖4所示。由圖4可知,模型預(yù)測生物噴氣燃料碳足跡均值為0.479 kg/kg,模型計(jì)算結(jié)果顯示90%置信區(qū)間為0.247～0.699 kg/kg,平均標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.001。

基于不確定性分析模型的計(jì)算結(jié)果,同時(shí)評價(jià)各模型參數(shù)對預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)確性的影響程度,結(jié)果表明,對生物噴氣燃料碳足跡模型預(yù)測結(jié)果偏差影響最大的參數(shù)為單位面積大豆的固碳能力(單位面積作物CO2吸收量),其次為油菜作物固碳能力、菜籽油的單位面積產(chǎn)量、大豆單位面積產(chǎn)量等。生物噴氣燃料生命周期碳足跡測算模型中對模型預(yù)測結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差貢獻(xiàn)度大于1%的變量參數(shù)如表4所示。

表4 標(biāo)準(zhǔn)偏差貢獻(xiàn)度大于1%的模型參數(shù)及其偏差貢獻(xiàn)度

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果,生物噴氣燃料的生命周期碳足跡90%置信區(qū)間為0.247～0.699 kg/kg,相比石油基噴氣燃料生命周期碳足跡降低80.9%～93.2%。由此可見,生物噴氣燃料技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建對助力我國“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)現(xiàn)具有重要意義。

5 結(jié) 論

生物噴氣燃料LCA評價(jià)模型中,作物種植過程CO2吸收量在生物噴氣燃料生命周期中可抵扣約90%的碳排放,綜合生物噴氣燃料生命周期各階段,生物噴氣燃料生命周期碳足跡為0.55 kg/kg。與1 kg石油基噴氣燃料生命周期碳足跡相比,生物噴氣燃料生命周期碳足跡可降低 3.11 kg/kg,實(shí)現(xiàn)碳減排85.0%。

生物噴氣燃料碳足跡評價(jià)模型不確定性分析結(jié)果表明,對模型預(yù)測結(jié)果偏差影響最大的參數(shù)為單位面積大豆的固碳(吸收CO2)能力,其次為油菜作物固碳能力(吸收CO2)、菜籽油的單位面積產(chǎn)量等;生物噴氣燃料的生命周期碳足跡90%置信區(qū)間為0.247～0.699 kg/kg。