工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放核算方法研究

□ 黃 煒 王逸倫 肖相澤 酈依灑 魏丹青 蔣曉雁 嚴(yán)佳輝

雙碳國家戰(zhàn)略對工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放統(tǒng)計核算提出了新的要求。2021 年印發(fā)的《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的實施意見》《2030 年前碳達(dá)峰行動方案》，明確提出支持行業(yè)、企業(yè)依據(jù)自身特點開展碳排放核算方法學(xué)研究，建立健全碳排放計量體系。根據(jù)國家部署，浙江也出臺了《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的實施意見》，明確提出要根據(jù)全國統(tǒng)一規(guī)范的碳排放統(tǒng)計核算體系要求，構(gòu)建省級碳排放統(tǒng)計核算體系。按國家要求，碳達(dá)峰口徑為全部領(lǐng)域二氧化碳排放，除已核算的能源活動領(lǐng)域外，主要即為工業(yè)生產(chǎn)過程。浙江工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放的體量相對較大，年度碳排放在5000 萬噸左右（2019 年數(shù)），以石化、鋼鐵和水泥行業(yè)碳排放為主。要實現(xiàn)全省的碳達(dá)峰，必須對這部分的碳排放施加調(diào)控，確保碳排放總量如期高質(zhì)量達(dá)到峰值。

| 國內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放核算方法綜述

（一）相關(guān)文獻(xiàn)評述

從學(xué)術(shù)研究上看，當(dāng)前專門針對工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放統(tǒng)計核算的研究尚較少，主要聚焦在行業(yè)、部門和區(qū)域上。在行業(yè)上，龐凌云等（2022）[1]、Kong Lingbo（2017）[2]、顧佰和等（2013）[3]在研究石化、造紙、化工行業(yè)碳減排問題時，分別建立了以重點產(chǎn)品碳排放強(qiáng)度為基礎(chǔ)的核算方法、基于產(chǎn)品視角的核算方法，其原理都是首先確定單位產(chǎn)品質(zhì)量或產(chǎn)值的碳排放。在部門上，Li Xiaoyan 等（2020）[4]、劉俊伶等（2019）[5]、周迪等（2019）[6]在研究中國35 個工業(yè)行業(yè)碳減排問題時，采用IPCC 推薦的方法，即采用固碳率簡單估算，王勇等（2017）[7]、Wesseling J 等（2017）[8]、陳詩一（2009）[9]則只測算了能源活動領(lǐng)域的碳排放。在區(qū)域上，Jiang Jingjing 等（2019）[10]對涉及中國和印度的碳排放估算及預(yù)測進(jìn)行評述，其中絕大多數(shù)都未專門涉及工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放的核算。

（二）實踐進(jìn)展評述

從實踐進(jìn)展看，目前區(qū)域溫室氣體排放清單已將鋼鐵、水泥等行業(yè)納入核算，建立了主要基于產(chǎn)品產(chǎn)量的核算方法，相關(guān)排放因子也有一定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，但石化企業(yè)僅能遵循《中國石油化工企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南（試行）》開展企業(yè)級核算。

1.石化行業(yè)。區(qū)域級算法：目前IPCC 和《浙江省溫室氣體清單編制指南（2022 年修訂版）》均未引入石化行業(yè)區(qū)域級算法。企業(yè)級算法：在企業(yè)層面石化行業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放目前主要在企業(yè)碳排放報告中披露，主要分為兩類4 項排放源，其中催化裂化裝置，催化重整裝置等主要根據(jù)燒焦量核算，而制氫裝置，乙烯裂解裝置，乙二醇/環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置等，則主要依據(jù)碳質(zhì)量平衡法核算。兩類都需要大量的工廠級數(shù)據(jù)，難以直接引申為區(qū)域算法。

2.鋼鐵行業(yè)。區(qū)域級算法：根據(jù)《浙江省溫室氣體清單編制指南（2022 年修訂版）》，鋼鐵生產(chǎn)過程碳排放=作為溶劑的石灰石數(shù)量×作為溶劑的石灰石碳排放因子+作為溶劑的白云石數(shù)量×作為溶劑的白云石排放因子+（煉鋼用生鐵數(shù)量×煉鋼用生鐵平均含碳率-煉鋼的鋼材產(chǎn)量×鋼材產(chǎn)品的平均含碳率）×44/12。企業(yè)級算法：在企業(yè)碳排放報告中披露，主要分為溶劑消耗造成的排放、電爐內(nèi)電極消耗的排放、生鐵等含碳原材料的排放三方面。其計算方法為：鋼鐵生產(chǎn)過程碳排放=溶劑消耗造成的排放+電極消耗的排放+含碳原材料的排放。

3.水泥行業(yè)。區(qū)域級算法：根據(jù)《浙江省溫室氣體清單編制指南（2022 年修訂版）》，水泥生產(chǎn)過程碳排放=扣除電石渣的水泥熟料產(chǎn)量×水泥生產(chǎn)過程平均排放因子。企業(yè)級算法：在企業(yè)碳排放報告中披露，主要分為原料分解產(chǎn)生的排放與生料中非燃料碳煅燒產(chǎn)生的排放兩方面。其中，生料中非燃料碳煅燒產(chǎn)生的排放量極小，通常不予考慮。原料分解產(chǎn)生的排放=熟料對應(yīng)的CO2排放量=（熟料產(chǎn)量+窯爐排氣筒粉塵+旁路放風(fēng)粉塵）×[（熟料中氧化鈣含量-熟料中非碳酸鹽來源的氧化鈣含量）×44/56+（熟料中氧化鎂含量-熟料中非碳酸鹽來源的氧化鎂含量）×44/40]

4.綜合評述。通過對比三大行業(yè)區(qū)域級算法和企業(yè)級算法不難發(fā)現(xiàn)，在同一個行業(yè)內(nèi)，無論哪種算法采用的活動水平數(shù)據(jù)標(biāo)的基本是一致的，要么以投入的原材料量作為活動水平數(shù)據(jù)的標(biāo)的，要么以工業(yè)生產(chǎn)過程的階段性產(chǎn)物作為活動水平數(shù)據(jù)的標(biāo)的。鋼鐵行業(yè)可以采用要素質(zhì)量法以投入要素的消耗量核算工業(yè)生產(chǎn)過程的溶劑、電極和含碳原材料消耗的碳排放；水泥行業(yè)則可以采用產(chǎn)品質(zhì)量法，根據(jù)其工業(yè)生產(chǎn)過程的階段性產(chǎn)物核算其工業(yè)生產(chǎn)的排放量。而石化行業(yè)存在其一定的行業(yè)特殊性，該行業(yè)缺乏區(qū)域?qū)用娴乃惴?，無法通過對照進(jìn)行歸納整理；且石化行業(yè)生產(chǎn)過程中催化裂化、催化重整等裝置是以生產(chǎn)設(shè)施作為邊界開展生產(chǎn)，因此考慮以裝置處理量法核算石化行業(yè)的催化裂化、催化重整裝置的工業(yè)生產(chǎn)過程排放，制氫裝置和乙二醇/環(huán)氧乙烷裝置由于工藝流程脈絡(luò)相對較為清晰和完整，考慮分別采用要素質(zhì)量法和產(chǎn)品質(zhì)量法進(jìn)行核算。

| 工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放核算設(shè)計

（一）總體思路

聚焦核算方法明確統(tǒng)一、核算參數(shù)本地化、核算過程規(guī)范簡潔三個目標(biāo)，對石化、鋼鐵、水泥等行業(yè)典型企業(yè)開展實地調(diào)研，對各排放源逐一解構(gòu)對應(yīng)分類至投入類、過程類、產(chǎn)出類三類排放源，分別建立要素質(zhì)量法、裝置處理量法、產(chǎn)品質(zhì)量法三條技術(shù)路徑，并基于省內(nèi)其他企業(yè)開展試算驗證，形成浙江省工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放統(tǒng)計核算方法學(xué)體系，助力建立合理、可行的工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放統(tǒng)計核算體系，并提出推進(jìn)工業(yè)行業(yè)碳減排的政策建議。

（二）浙江工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放特征

1.工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放的總體特征。2019 年浙江工業(yè)生產(chǎn)過程的二氧化碳排放總量5000萬噸左右，根據(jù)浙江工業(yè)生產(chǎn)過程溫室氣體排放清單及碳報告口徑估算，浙江的工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放主要發(fā)生在水泥、石化、鋼鐵三個行業(yè)，占比分別為60%以上、30%左右和10%不到。

2.工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放的行業(yè)特征。

（1）石化行業(yè)。排放源類型：大榭石化、中海石油舟山公司主要涉及催化裂化裝置、催化重整裝置、制氫裝置；鎮(zhèn)海煉化主要涉及催化裂化裝置、催化重整裝置、制氫裝置、催化汽油脫硫裝置、乙烯裂解裝置、乙二醇/環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置；浙石化主要涉及制氫裝置、乙二醇/環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置。排放源占比結(jié)構(gòu)：四家企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)過程主要排放源包括催化裂化裝置在內(nèi)的8 種生產(chǎn)裝置，其中催化裂化、催化重整、制氫、乙二醇/環(huán)氧乙烷生產(chǎn)是主要的排放源，這四類排放源產(chǎn)生的碳排放分別占企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放的99.9%、99.9%、100%和100%。

（2）鋼鐵行業(yè)。排放源類型為浙江涉及鋼鐵聯(lián)合生產(chǎn)的一般為使用電爐煉鋼的小型煉鋼企業(yè)，此類企業(yè)一般涉及的工業(yè)生產(chǎn)過程排放源為白云石、石灰石等溶劑消耗產(chǎn)生的排放以及電極等還原劑使用產(chǎn)生的排放，還有企業(yè)使用生鐵等含碳原材料煉鋼產(chǎn)生的排放。排放源占比結(jié)構(gòu)：鋼鐵行業(yè)工業(yè)生產(chǎn)過程中一般占比較高的為白云石、石灰石等溶劑高溫分解產(chǎn)生的碳排放占比為40%左右，使用生鐵等含碳原材料排放占比為40%左右，使用電極等還原劑造成碳排放占比在20%左右。

（3）水泥行業(yè)。排放源類型為所有涉及熟料生產(chǎn)的水泥企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)過程主要排放源均為生料中的碳酸鹽。排放源占比結(jié)構(gòu)：水泥行業(yè)工業(yè)生產(chǎn)過程主要排放源為原料分解產(chǎn)生的排放，占比在99%以上；生料中非燃料碳煅燒過程產(chǎn)生的排放占比在工業(yè)生產(chǎn)過程排放中占比不足1%，因此在計算工業(yè)生產(chǎn)過程的排放中可以暫不考慮此部分。

（三）工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放統(tǒng)計核算方法

1.基本原則。一是具有簡便性和速算性，無需或盡量減少針對企業(yè)開展調(diào)研或從其他主管部門獲取必要的計算數(shù)據(jù)。二是活動水平數(shù)據(jù)具有明確來源且可追溯。三是排放因子數(shù)據(jù)具有本地性且可在全省范圍推廣使用，浙江相同或相近工藝的企業(yè)使用時不產(chǎn)生明顯偏移。

2.核算方法。對于投入型碳排放，考慮采用要素質(zhì)量法。由于這類排放源和投入要素的質(zhì)量直接相關(guān)，因此主要關(guān)注如何選取合適的投入要素，這些要素首先需要與排放過程的活動規(guī)模直接相關(guān)，其次要素的質(zhì)量納入統(tǒng)計體系中，相關(guān)的能源消耗是一類較為理想的指標(biāo)。

對于過程型碳排放，考慮采用裝置處理量法。這類排放源主要是石化行業(yè)的催化裂化裝置、催化重整裝置等。在相關(guān)的生產(chǎn)過程中，原料投入種類繁多，成分復(fù)雜，且其成分結(jié)構(gòu)各家企業(yè)根據(jù)生產(chǎn)情況不盡相同，因此較難以一種或幾種原材料或者是產(chǎn)出產(chǎn)品作為其活動水平數(shù)據(jù)。后經(jīng)調(diào)研浙江石化企業(yè)發(fā)現(xiàn)，企業(yè)在實際生產(chǎn)過程中均會統(tǒng)計催化裂化、催化重整裝置的裝置處理量數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)與原材料的投入量、裝置產(chǎn)出量存在較強(qiáng)的線性關(guān)系，又是溫室氣體核復(fù)查補(bǔ)充數(shù)據(jù)表的關(guān)鍵指標(biāo)之一，具有可追溯、可校驗的特性。

對于產(chǎn)出型碳排放，考慮采用產(chǎn)品質(zhì)量法。由于這類排放源和產(chǎn)品產(chǎn)出的質(zhì)量直接相關(guān)，因此主要關(guān)注如何選取合適的產(chǎn)出產(chǎn)品，這些要素首先需要與排放過程的活動規(guī)模直接相關(guān)，其次產(chǎn)品的質(zhì)量納入統(tǒng)計體系中，企業(yè)的主要工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量統(tǒng)計范疇內(nèi)的產(chǎn)品是一類較為理想的指標(biāo)。

具體的核算方法如下：

式（1）中，Eco2為二氧化碳排放總量，單位為噸；i在要素質(zhì)量法中為每個單獨的投入的原材料種類；在裝置處理量法中為每個單獨的裝置；在產(chǎn)品質(zhì)量法中為每個單獨的投入的原材料種類；ADi在要素質(zhì)量法中，為投入的原材料量，在裝置處理量法中為工業(yè)生產(chǎn)過程的裝置處理量；在產(chǎn)品質(zhì)量法中，為單個產(chǎn)品的產(chǎn)量。單位均為噸；EFi為每個方法對應(yīng)的排放因子，單位為噸二氧化碳/噸。

（四）排放因子的確定及優(yōu)化

1.石化行業(yè)核算排放因子。

（1）催化裂化、催化重整裝置的排放因子確定方式。對于催化裂化和催化重整生產(chǎn)過程，其活動水平數(shù)據(jù)主要為裝置處理量，通過分析中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司、中海石油寧波大榭石化有限公司和中海石油舟山公司2016 年至2021 年裝置處理量與碳排放量的數(shù)據(jù)分析其內(nèi)在邏輯聯(lián)系，可知裝置處理量與碳排放量呈線性關(guān)系。通過計算得出，催化裂化裝置排放因子為0.24tCO2/t，催化重整裝置排放因子為0.001tCO2/t。

（2）制氫裝置的排放因子確定方式。對于制氫的生產(chǎn)過程，其活動水平數(shù)據(jù)主要為原料煤的投入量，通過分析中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司和浙江石油化工有限公司原料煤投入量與碳排放量的數(shù)據(jù)分析其內(nèi)在邏輯聯(lián)系，可知原料煤投入量與碳排放量呈線性關(guān)系。通過計算得出，制氫裝置排放因子為3.49tCO2/t。

（3）乙二醇/環(huán)氧乙烷的排放因子確定方式。對于環(huán)氧乙烷生產(chǎn)過程，其活動水平數(shù)據(jù)主要為環(huán)氧乙烷的產(chǎn)量，通過分析中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司和浙江石油化工有限公司環(huán)氧乙烷產(chǎn)量與碳排放量的數(shù)據(jù)分析其內(nèi)在邏輯聯(lián)系，可知環(huán)氧乙烷的產(chǎn)量與碳排放量呈線性關(guān)系。通過計算得出，乙二醇/環(huán)氧乙烷裝置排放因子為0.26tCO2/t。

2.水泥行業(yè)核算排放因子。對于水泥熟料生產(chǎn)過程，以生產(chǎn)的熟料質(zhì)量為活動水平，通過分析浙江63家熟料生產(chǎn)企業(yè)的熟料產(chǎn)量與碳排放量的數(shù)據(jù)分析其內(nèi)在邏輯聯(lián)系，可知熟料的產(chǎn)量與碳排放量呈線性關(guān)系。通過計算得出，熟料排放因子為0.53tCO2/t。

3.鋼鐵行業(yè)核算排放因子。鋼鐵行業(yè)工業(yè)生產(chǎn)過程企業(yè)級算法中，碳排放量和活動水平呈線性關(guān)系，且相應(yīng)的活動水平數(shù)值獲取方式較為簡單，符合統(tǒng)計框架體系，因此考慮直接應(yīng)用企業(yè)級算法的排放因子：溶劑高溫分解產(chǎn)生碳排放，以投入的溶劑白云石、石灰石質(zhì)量為活動水平，白云石排放因子為0.47tCO2/t，石灰石排放因子為0.44 tCO2/t，煉鋼降碳造成逃逸碳排放，以投入的生鐵質(zhì)量為活動水平，生鐵排放因子0.17 tCO2/t。使用電極造成碳排放，以投入的電極質(zhì)量為活動水平，電極排放因子為3.66tCO2/t。

| 展望和建議

（一）測算方法的展望

本文分別以要素質(zhì)量法、裝置處理量法、產(chǎn)品質(zhì)量法三條技術(shù)路徑來測算浙江石化、鋼鐵和水泥行業(yè)工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放，其中石化行業(yè)的裝置處理量法是基于浙江石化企業(yè)的排放特性及工藝特點創(chuàng)新研究所得，在日后的研究中，還需要從以下方面深入研究：

1.對于鋼鐵行業(yè)，目前省內(nèi)以電爐煉鋼、鋼壓延加工及鋼鐵聯(lián)合生產(chǎn)為主的企業(yè)，考慮浙江實際和生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性，考慮進(jìn)一步深化粗鋼產(chǎn)量與碳排放量之間的正相關(guān)性研究，探索采用產(chǎn)品質(zhì)量法測算鋼鐵行業(yè)工業(yè)生產(chǎn)過程排放的路徑和可行性。

2.對于石化行業(yè)，目前涉及浙江石化企業(yè)主要的是催化裂化、催化重整、環(huán)氧乙烷/乙二醇生產(chǎn)、煤制氫4 個生產(chǎn)裝置，考慮到全省綠色發(fā)展轉(zhuǎn)型的需求，以及國家對煤制氫生產(chǎn)裝置的限制，以后考慮將油制氫、液態(tài)烴制氫等其他制氫裝置的生產(chǎn)過程排放核算方法納入。同時對于本文創(chuàng)新的催化裂化和催化重整的裝置處理量法，進(jìn)一步探索采用省外相關(guān)企業(yè)數(shù)據(jù)驗證核算體系，對排放因子進(jìn)一步優(yōu)化。

3.對于其他行業(yè)，考慮日后進(jìn)一步擴(kuò)大研究范圍，將浙江涉及的脫硫、合成氨生產(chǎn)、純堿生產(chǎn)、石灰生產(chǎn)等工業(yè)生產(chǎn)過程排放納入。

（二）政策啟示及建議

1.推進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品升級、管理優(yōu)化。依據(jù)本文之前章節(jié)的研究可知，工業(yè)生產(chǎn)過程排放主要由原料投入、設(shè)備處理及產(chǎn)品產(chǎn)出三個方面引起，對于企業(yè)層面來說一是積極尋求綠色原料替代，在技術(shù)可行的情況下使用綠色原料替代碳排放強(qiáng)度較高的生產(chǎn)原材料；二是強(qiáng)化設(shè)備管理，提升設(shè)備處理效率，避免設(shè)備因維護(hù)不到位、管理不到位等原因造成裝置處理能力下降導(dǎo)致的碳排放上升；三是積極尋求產(chǎn)品替代升級，對接產(chǎn)業(yè)鏈下游，合力開展產(chǎn)品替代研究，探索以更綠色、更經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品替代現(xiàn)有碳排放強(qiáng)度較高的產(chǎn)品。

2.推進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備、工藝改造創(chuàng)新。對于投入型的工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放來說，以煤制氫為例，應(yīng)探索在一定經(jīng)濟(jì)條件下，大規(guī)模使用油制氫、液態(tài)烴制氫等生產(chǎn)工藝，油制氫的工業(yè)生產(chǎn)過程排放較煤制氫要低10%左右。對于過程型的工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放來說，以催化裂化、催化重整裝置為例，主要取決于其裝置處理量，應(yīng)提高系統(tǒng)運行效率和電源開發(fā)綜合效益。鼓勵應(yīng)用短流程、反應(yīng)過程強(qiáng)化、催化裂化余熱發(fā)生超高壓蒸汽技術(shù)等低碳生產(chǎn)工藝，加強(qiáng)甲烷與揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）協(xié)同管控；對于產(chǎn)出型的工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放來說，以環(huán)氧乙烷/乙二醇裝置為例，由于其工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放主要由產(chǎn)量決定，企業(yè)應(yīng)積極開展產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的改進(jìn)研究和創(chuàng)新，通過改進(jìn)生產(chǎn)工藝的方式降低產(chǎn)品生產(chǎn)過程排放。

3.加強(qiáng)支持與保障。從主管部門的角度看，工業(yè)生產(chǎn)過程排放并非由消費側(cè)結(jié)構(gòu)性引發(fā)，因此無法通過調(diào)整能源結(jié)構(gòu)或者產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等較為直接的方式降低工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放，應(yīng)從政策角度引導(dǎo)相關(guān)行業(yè)企業(yè)自發(fā)開展原材料、生產(chǎn)設(shè)備、工藝流程的改進(jìn)與創(chuàng)新，主管部門主要做好引導(dǎo)與監(jiān)管的工作：一是摸清家底，開展工業(yè)生產(chǎn)過程排放統(tǒng)計核算，探索加強(qiáng)碳排放管理；二是加強(qiáng)監(jiān)管，對本區(qū)域新上的工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放較高的項目采取必要的審批手段，敦促、引導(dǎo)既有的生產(chǎn)過程碳排放較高的企業(yè)開展綠色低碳升級改造；三是積極開展面向企業(yè)的節(jié)能降碳宣傳、指導(dǎo)，普及“間接排放”等碳排放知識，全面推行綠色制造，大力創(chuàng)建綠色工廠、綠色園區(qū)、綠色產(chǎn)品，實現(xiàn)綠色制造由點到面、逐步擴(kuò)展、全面覆蓋。