植物源生物質(zhì)溫室氣體排放

生物質(zhì)簡(jiǎn)介/核算規(guī)則/溫室氣體排放

總結(jié)概述

■ 了解植物源生物質(zhì)的溫室氣體排放、農(nóng)產(chǎn)品碳足跡的核算規(guī)則

■ 了解農(nóng)林和其他土地利用部門溫室氣體排放、分配和清除概述

一、簡(jiǎn)介

植物源生物質(zhì)是指植物生長(zhǎng)過(guò)程中自然形成的含碳化合物或在人工經(jīng)營(yíng)的農(nóng)林漁業(yè)過(guò)程中獲取和利用的含碳化合物。生物質(zhì)作為一種可再生資源，其通過(guò)固定大氣中的CO2進(jìn)行生長(zhǎng)。利用植物源生物質(zhì)作為燃料、化工原料以及其他生產(chǎn)材料，可以替代化石燃料等不可再生資源，減少CO2、CH4等溫室氣體的排放。

ISO 14067:2018中的附件E.3產(chǎn)品中的生物碳儲(chǔ)存中提到，大多數(shù)農(nóng)產(chǎn)品，包括谷物、水果、蔬菜、牲畜、家禽和相關(guān)產(chǎn)品，壽命較短且會(huì)被快速消耗。另一方面，一些產(chǎn)品具有較長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存碳的潛力，例如木材或其他生物質(zhì)衍生的建筑產(chǎn)品[1]。

計(jì)算過(guò)程中需要考慮到隨時(shí)間增長(zhǎng)儲(chǔ)存于生物中碳的穩(wěn)定性，但是根據(jù)ISO 14067中6.4.8規(guī)定，應(yīng)該在評(píng)估期開(kāi)始就將其計(jì)算入內(nèi)。在沒(méi)有特殊規(guī)定的情況下，如果使用階段和/或廢棄物處置階段產(chǎn)生的溫室氣體排放量和清除量發(fā)生在產(chǎn)品投入使用后10年以上，則應(yīng)在LCI中具體說(shuō)明相對(duì)于產(chǎn)品生產(chǎn)年份的溫室氣體排放量和清除量的時(shí)間[1]。

如果在使用或廢棄物處置階段有碳的排放，則計(jì)算植物生長(zhǎng)期間的碳去除和隨后的排放。如果將大氣中的碳去除包括在系統(tǒng)邊界內(nèi)，則在廢棄物處置階段，燃燒生物質(zhì)或其衍生物碳足跡為0(除去轉(zhuǎn)化為CH4的部分)。如果產(chǎn)品廢棄物處置階段被重復(fù)使用或回收，當(dāng)生物碳流轉(zhuǎn)移到后續(xù)產(chǎn)品系統(tǒng)時(shí)，這也可能導(dǎo)致對(duì)CFP的凈貢獻(xiàn)為零。該解釋將為生物質(zhì)能源或生物質(zhì)材料的的碳排放提供依據(jù)。

二、農(nóng)產(chǎn)品碳足跡核算規(guī)則

農(nóng)產(chǎn)品涉及植物源有機(jī)固廢處理邊界如下圖所示。根據(jù)《RB/T 095-2022農(nóng)作物溫室氣體排放核算指南》與《RB/T 175-2018 生物質(zhì)能可持續(xù)性認(rèn)證要求》，可分為兩個(gè)系統(tǒng)，即農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)(下稱系統(tǒng)1)與有機(jī)固廢處理系統(tǒng)(下稱系統(tǒng)2)。根據(jù)我國(guó)農(nóng)林業(yè)發(fā)展情況，系統(tǒng)1與系統(tǒng)2通常由不同組織承擔(dān)功能，因此系統(tǒng)1的產(chǎn)品為完整農(nóng)作物，植物體中有機(jī)固廢部分可作為有機(jī)固廢處理系統(tǒng)原材料。

有機(jī)廢棄物的碳排放當(dāng)量經(jīng)計(jì)算分配后，可直接用于系統(tǒng)2中核算。若之間產(chǎn)生運(yùn)輸、儲(chǔ)存等化石能源與外購(gòu)電力消耗，也應(yīng)一并計(jì)入有機(jī)廢棄物的碳足跡中。

系統(tǒng)1和系統(tǒng)2可享有相互獨(dú)立周期。

圖1 系統(tǒng)劃分與邊界

1、 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)

■ 根據(jù)《RB/T 095-2022農(nóng)作物溫室氣體排放核算指南》，在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，核算氣體為二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)，排放源如下表所示[2]。

對(duì)于單作、一熟作物，可以以自然年做為核算期;多年生、輪作、間作等復(fù)雜系統(tǒng)，以植物生長(zhǎng)期作為核算期，期間休耕期田間管理所產(chǎn)生的溫室氣體排放計(jì)入核算期中生長(zhǎng)的作物CO2e。

系統(tǒng)1的溫室氣體排放核算公式為[2]：

E1 = ERice + EFert + EFuel + EElec + EHeat + EStr – ΔCSoil

總排放 = 稻田排放 + 肥料排放 + 燃料排放 + 購(gòu)入電力排放 + 購(gòu)入熱力排放 + 堆肥排放 – 土壤碳庫(kù)變化

其中，EFert應(yīng)根據(jù)植物各組分含氮量進(jìn)行同比分配，其余排放根據(jù)含碳量進(jìn)行分配。根據(jù)RB/T 09-2022中規(guī)定，年度土壤碳庫(kù)變化以及其他排放，也應(yīng)按照不同作物或作物生長(zhǎng)情況進(jìn)行分配。由此可計(jì)算出有機(jī)廢棄物例如秸稈、麥麩的最終溫室氣體排放。

2、有機(jī)固廢處理系統(tǒng)

■ 根據(jù)ISO14067 3.1.7.1規(guī)定，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的有機(jī)固廢均認(rèn)定為生物質(zhì)[1]。以能源作物或有機(jī)廢棄物作為原料，系統(tǒng)1與系統(tǒng)2之間若經(jīng)過(guò)原料收集、原料預(yù)處理、貿(mào)易環(huán)節(jié)，需要單獨(dú)計(jì)算因運(yùn)輸、儲(chǔ)存、處理等步驟產(chǎn)生的化石能源消耗、電力購(gòu)入等溫室氣體排放，并計(jì)入有機(jī)廢棄物的溫室氣體排放中[3]。

按照處理方式，系統(tǒng)2中，有機(jī)廢棄物一般可分為生物質(zhì)能源途徑與生物質(zhì)材料途徑。

2.1 生物質(zhì)能源

生物質(zhì)經(jīng)過(guò)不同的生產(chǎn)工藝轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能源，并經(jīng)過(guò)儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程，最后會(huì)被實(shí)際使用和消耗。在這些過(guò)程中會(huì)使用電力并產(chǎn)生化石能源消耗，也可能因生產(chǎn)工藝問(wèn)題、儲(chǔ)存運(yùn)輸問(wèn)題或不完全使用產(chǎn)生甲烷排放。同時(shí)通過(guò)技術(shù)手段，例如BECCS生物質(zhì)能和碳捕集封存技術(shù)，也可以避免使用與廢棄物處置階段排放的溫室氣體逸散到大氣中。

核算公式為：

E2.1 = EFuel + EElec + ECH4 – ΔCBECCS

生物質(zhì)能源排放 = 化石燃料消耗 + 購(gòu)入電力 + 未完全利用或轉(zhuǎn)化成的甲烷排放 –生物質(zhì)能和碳捕集封存的碳匯

根據(jù)IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南目錄 第 4 卷 12.1中描述，由于生物質(zhì)在農(nóng)林和土地利用部門AFOLU中被考慮在內(nèi)，因此在能源部門中，為能源的燃燒生物質(zhì)所產(chǎn)生的二氧化碳釋放不納入能源部門總排放。(不過(guò)，為了QA/QC 目的，將生物燃料產(chǎn)生的二氧化碳排放報(bào)告為備忘條目)。用于能源的生物質(zhì)產(chǎn)品產(chǎn)生的甲烷和其他氣體排放納入能源部門[3]。

根據(jù)ISO 14067附錄E.3.生物質(zhì)體內(nèi)的碳可以視為從大氣中移除的碳，則燃燒或使用過(guò)程后對(duì)CFP的凈貢獻(xiàn)可為零：即植物從大氣中吸收CO2后，一部分用于自身凈生長(zhǎng)，另一部分通過(guò)凋落物、枯死木或根系分泌有機(jī)質(zhì)等形式將碳轉(zhuǎn)移進(jìn)土壤碳庫(kù)。而燃燒過(guò)程則是將植物體的碳重新釋放回大氣。如果土壤碳庫(kù)保持動(dòng)態(tài)平衡，則實(shí)際吸收→燃燒這一過(guò)程相當(dāng)于CO2經(jīng)過(guò)植物這一介質(zhì)重新回到大氣中，實(shí)際對(duì)CFP貢獻(xiàn)為零[1]。

2.2 生物質(zhì)材料

生物質(zhì)材料，例如甘蔗渣、麥麩經(jīng)過(guò)加工后可制成植物基包裝。包裝可通過(guò)回收、再加工實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。當(dāng)無(wú)法再次利用后，可通過(guò)完全燃燒將已固定CO2釋放會(huì)大氣，也可通過(guò)掩埋、微生物分解等方式將含碳有機(jī)物固定在非大氣碳庫(kù)中。

核算公式為：

E2.2 = EFuel + EElec+ ERec – ΔCC-Pool

生物質(zhì)材料排放 = 化石燃料消耗 + 購(gòu)入電力 + 循環(huán)利用過(guò)程排放 – 非大氣碳庫(kù)變化

對(duì)于植物基材料，能否產(chǎn)生碳匯的關(guān)鍵是最終產(chǎn)物是否能穩(wěn)定存留于土壤或其他碳庫(kù)中。如果植物基材料易于分解，應(yīng)參照IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南 第 4 卷 農(nóng)業(yè)、林業(yè)和其他土地利用 中第5章 農(nóng)地章節(jié)計(jì)算是否產(chǎn)生碳匯;如果植物基材料不易分解，可于常規(guī)條件下穩(wěn)定儲(chǔ)存，可參照 第12章 采伐的木材產(chǎn)品(HWP)進(jìn)行計(jì)算。

2.3植物源生物質(zhì)產(chǎn)品碳足跡情況綜述

ISO 14067 附錄E.3規(guī)定：“……對(duì)于來(lái)自生物質(zhì)的產(chǎn)品，碳儲(chǔ)存量計(jì)算為植物生長(zhǎng)期間的碳去除量以及隨后的排放量(如果生物碳在使用或壽命結(jié)束階段釋放)。如果從大氣中去除的碳包含在系統(tǒng)邊界內(nèi)，則生物碳流入和流出生物質(zhì)衍生材料(這些材料在壽命結(jié)束時(shí)燃燒)將導(dǎo)致對(duì) CFP 的凈貢獻(xiàn)為零…..如果產(chǎn)品作為報(bào)廢場(chǎng)景進(jìn)行再利用或回收，當(dāng)生物碳流轉(zhuǎn)移到后續(xù)產(chǎn)品系統(tǒng)時(shí)，這也可能導(dǎo)致對(duì) CFP 的凈貢獻(xiàn)為零。……[1]”

碳足跡指產(chǎn)品系統(tǒng)中，總共的GHG排放量和移除量。如果在其全生命周期中，從大氣中移除的溫室氣體多于其排放的溫室氣體，則該生物質(zhì)產(chǎn)品應(yīng)認(rèn)定為負(fù)碳產(chǎn)品。生物質(zhì)可以理解為，植物從大氣中移除了碳，轉(zhuǎn)移進(jìn)了自身生物體內(nèi)以及土壤碳庫(kù)中，使用階段會(huì)將自身體內(nèi)的碳重新釋放回大氣中，即碳移除=土壤碳庫(kù)增加+儲(chǔ)存于生物體內(nèi)的碳。因此如果將生長(zhǎng)過(guò)程中從大氣中移除的碳計(jì)算入CFP，則使用階段與廢棄物處理階段需要計(jì)算釋放量;反之未在生長(zhǎng)過(guò)程計(jì)算，則使用與廢棄物處理階段亦不需考慮，但無(wú)論哪種情況都需要考慮土壤碳庫(kù)的變化。

此外，生物質(zhì)產(chǎn)品需要考慮到碳排放在生物體內(nèi)分配的問(wèn)題，即生物體不同組織應(yīng)歸類為不同的產(chǎn)品，除非完整的植株可以統(tǒng)一進(jìn)入后續(xù)階段，以此來(lái)避免重復(fù)計(jì)算碳移除。

總而言之，如果希望通過(guò)生物質(zhì)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)碳移除，并可宣傳零碳或負(fù)碳產(chǎn)品，在技術(shù)層面目前較為普遍且現(xiàn)實(shí)的做法為轉(zhuǎn)移大氣中的碳并封存于土壤碳庫(kù)中，即如何通過(guò)土地利用、森林管理與農(nóng)田管理實(shí)現(xiàn)土壤碳匯增加，并在廢棄物處理階段可以有效捕獲CO2.避免釋放到大氣中。

三、農(nóng)林和其他土地利用部門溫室氣體排放、分配和清除概述

AFOLU部門據(jù)估算占總排放量18.4%[5]?；谏鷳B(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)變化，對(duì)每種土地利用類別的CO2排放和清除進(jìn)行估算(其余溫室氣體應(yīng)根據(jù)特定氣體和源類別的排放因子轉(zhuǎn)化為等效CO2)，核算公式為：

ΔCAFOLU = ΔCFL + ΔCCL + ΔCGL + ΔCWL + ΔCSL + ΔCOL

AFOLU部門 = 林地 + 農(nóng)田 + 草地 + 濕地 + 聚居地 + 其他土地

在農(nóng)林和其他土地利用部門內(nèi) CO2 排放量和清除量的估算通常基于生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)的變化。

這些包括地上部(AB)和地下部生物量(BB)、死有機(jī)物質(zhì)(即死木DW和枯枝落葉LI)和土壤有機(jī)質(zhì)SO，采伐的木材產(chǎn)品HPW(此碳庫(kù)作為一種附加池)。以所有池變化的總和，表示某種土地利用類別中一個(gè)層的年度碳庫(kù)變化的核算公式為：

ΔCLUi = ΔCAB + ΔCBB + ΔCDW + ΔCLI + ΔCSO + ΔCHWP

其中ΔCLUi 為某種土地利用類別中的一個(gè)層的碳變化 = 地上部 + 地下部 + 死木 +枯枝落葉凋落物 + 土壤有機(jī)質(zhì) + 采伐的木頭產(chǎn)品。

用生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)總量的凈損失來(lái)估算進(jìn)入大氣中的 CO2排放量，用生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)總量的凈增加來(lái)估算大氣中的 CO2清除量。必要時(shí)可以考慮池間的轉(zhuǎn)移。直接通過(guò)清單方法或過(guò)程模式可以估算碳庫(kù)變化。每種碳庫(kù)或池可存在于任意土地利用類別中，因而涉及到具體情況需要具體分析。此外，碳庫(kù)或池的損失可能為非CO2氣體的排放，如甲烷、一氧化二氮、一氧化碳、非甲烷揮發(fā)性有機(jī)碳和其他氣體。不同溫室氣體需要用不用的核算方法，并統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為等量的二氧化碳排放。

此外，在具體核算時(shí)也應(yīng)考慮除去連續(xù)過(guò)程(即植物生長(zhǎng)，衰減等)外的離散事件(即擾亂，例如砍伐、火災(zāi)、蟲害、動(dòng)物遷徙、土地利用改變等)。根據(jù)IPCC指南，擾亂應(yīng)統(tǒng)一在發(fā)生時(shí)便將未來(lái)預(yù)期產(chǎn)生的排放一并計(jì)算，而不是在后期分配至每年的排放中。具體核算也需要根據(jù)具體用地情況進(jìn)行分析。

總之，AFOLU部門的碳排放主要通過(guò)土地利用變化碳庫(kù)變化來(lái)核算碳排放量。土地利用變化是指森林等自然生態(tài)系統(tǒng)被轉(zhuǎn)化為農(nóng)業(yè)、城市化或其他人類活動(dòng)所需的土地，這會(huì)導(dǎo)致土壤碳庫(kù)的損失，同時(shí)釋放大量的溫室氣體。而碳庫(kù)變化則是指通過(guò)林業(yè)活動(dòng)或其他對(duì)土壤碳庫(kù)的影響。最后通過(guò)精確測(cè)算土地利用變化和森林碳庫(kù)變化對(duì)溫室氣體排放的貢獻(xiàn)，可以準(zhǔn)確評(píng)估和監(jiān)測(cè)AFOLU部門的碳排放情況，為制定有效的減排政策和措施提供科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] ISO 14067:2018 Greenhouse gases — Carbon footprint of products — Requirements and guidelines for quantification

[2] RB/T095-2022農(nóng)作物溫室氣體排放核算指南

[3] 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Vol.4 Agriculture, Forestry and Other Land Use

[4] RBT 175-2018 生物質(zhì)能可持續(xù)性認(rèn)證要求

[5] World Greenhouse Gas Emissions: 2016. Climate Watch, the world resources institute

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