钢铁行业生命周期碳排放核算及减排潜力评估

钢铁行业是中国碳密集度最高的工业行业之一,为分析钢铁行业生命周期碳排放及碳减排潜力,从生命周期角度构建碳排放核算模型,以2020年为例开展实证分析,通过优化废钢使用量、化石燃料燃烧量、电力碳足迹因子以及清洁运输比例4项变量,对钢铁行业生命周期碳减排潜力作预测评估,同时使用敏感性分析确定影响钢铁生命周期碳减排因素的关键程度.结果表明,2020年中国钢铁行业全生命周期二氧化碳(CO₂)排放总量约24.04亿t,其中原料获取和加工生产阶段是钢铁行业碳排放的关键环节,占钢铁行业生命周期CO₂排放总量的98%以上.从CO₂排放源类别分析,化石燃料节约和外购电力清洁化是钢铁行业降碳的重中之重.到2025年,通过推广低碳技术、优化电力结构、增加废钢炼钢量、提高清洁方式运输比例,分别可使钢铁行业实现20%、 6%、 5%和1%的碳减排潜力.化石燃料燃烧量对钢铁行业生命周期CO₂排放的影响最显著,电力碳足迹因子和废钢炼钢使用量次之.关于钢铁行业节能低碳技术,短期内以推广轧钢工序与高炉炼铁工序低碳技术为主,未来随着电炉...     

中国钢铁行业二氧化碳排放达峰路径研究

钢铁行业是我国重要的CO₂排放源. 作为典型的资源能源密集型产业,钢铁行业加快绿色低碳转型、尽早实现碳达峰并有效降碳,既是行业自身高质量发展的内在需要,也是支撑落实国家碳达峰、碳中和目标的客观要求. 本文综合考虑经济社会发展、资源能源利用、工艺结构调整、低碳技术应用等因素影响,开展了基于情景分析的钢铁行业CO₂排放达峰路径研究,对不同情景下钢铁行业CO₂的排放趋势进行测算,识别钢铁行业CO₂减排的主要驱动因素,判断推动钢铁行业碳排放达峰的关键举措,为制定“双碳”目标背景下钢铁行业CO₂排放控制策略提供参考. 测算结果表明,我国钢铁行业CO₂总排放量有望在2020—2024年期间达到峰值;行业CO₂总排放量峰值为18.1×108~18.5×108 t,达峰后到2030年降幅将超过3×108 t. 研究显示,粗钢产量是决定我国钢铁行业碳排放能否快速达峰的关键,加大废钢资源利用、推进外购电力清洁化以及提高系统能效水平是2030年前钢铁行业实现碳排放达峰并有效降碳的重要途径. 到2030年,粗钢产量降低、加大废钢资源利用、推进外购电力清洁化、提高系统能效水平以及氢能炼钢和二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)等前沿技术对钢铁行业CO₂减排的贡献率分别为11%~52%、34%~52%、7%~20%、5%~13%和2%~3%.      

中国水泥行业二氧化碳排放达峰路径研究

水泥行业是主要的CO₂排放行业,2020年我国水泥行业CO₂排放占全国排放总量的12%,占全国工业过程排放的60%以上. 为开展水泥行业碳达峰路径研究,提出了基于社会、经济等影响因素的多因素拟合分析模型以及基于主要下游产业的需求预测方法,对2021—2035年我国水泥熟料及水泥产量进行预测;并通过对水泥行业碳排放特征的分析,考虑主要控制措施的可行性,构建我国水泥行业CO₂排放情景,对2021—2035年水泥行业CO₂排放趋势进行测算,在此基础上分析水泥行业碳达峰路径及相关政策建议. 结果表明:①中国水泥熟料消费量在“十四五”期间仍有一定上升空间,随着经济社会的绿色转型,水泥市场需求在“十五五”时期下降. ②在此基础上,通过全面加强产能控制、加大落后产能淘汰力度、推广高效节能技术、积极推进原燃料替代,可推动水泥行业碳排放于“十四五”中期达峰,峰值为13.8×108～14.2×108 t,经过2～3年的峰值平台期后呈持续下降趋势,2030年水泥行业碳排放量将较2020年下降15%~18%. ③2030年,水泥熟料及水泥产量的下降将带动水泥行业碳排放量较2020年减少1.4×108 t. 在各项技术措施中,节能改造是CO₂减排潜力最大的措施,2030年能效提升可带动水泥行业CO₂排放量较2020年减少0.38×108 t;其次是利用固体废物替代燃煤,可带动行业CO₂排放量较2020年减少0.17×108 t. 研究显示,推动我国水泥行业碳达峰及碳减排,需在加强产量控制避免水泥过度消费的基础上,聚焦节能改造和原燃料替代措施.      

CCUS对中国粗钢生产的碳减排潜力评估

在评估2019年277个涉及粗钢生产的钢铁企业和17.6亿tCO₂排放量的基础上,采用针对钢铁行业的全流程CCUS系统评价模型（ITEAM-CCUS模型）研究了粗钢生产结合碳捕集利用与封存技术（CCUS）的CO₂减排潜力.评估设置了8种情景,初步回答了钢铁行业的粗钢生产通过规模化CCUS的减排规模、成本范围、封存场地、优先企业分布等关键问题.结果显示：粗钢企业开展全流程CCUS项目可以实现大规模的CO₂减排.在早期示范机会情景,企业全流程CO₂强化深部咸水开采（CO₂-EWR）和CO₂提高石油采收率技术（CO₂-EOR）结合项目增加67~467元/t粗钢的单位成本（60%捕集率的平准化成本低于300元/t）可以年累计减排8.7亿t规模CO₂,约占总捕集量的88%;单独EWR项目年累计驱替深部咸水10.5亿t.具有CCUS改造潜力的粗钢企业主要分布于渤海湾盆地、准噶尔盆地、江汉盆地与鄂尔多斯盆地.     

地铁建设环境影响评估及减排效益研究:以深圳市为例

地铁大规模建设和运营消耗了大量资源能源,已逐渐成为城市交通环境影响的主要贡献源。基于生命周期评价(life cycle assessment,LCA)方法,以深圳市为研究区域,定量分析了地铁建设过程的资源与能源消耗强度,选取全球变暖潜能值(global warming potential,GWP)为度量指标,构建了地铁建设碳排放分析框架及测算方法,并基于情景分析法预估了减排潜力。结果表明:截至2020年底,深圳已开通运营的地铁线站建设造成的碳排放量约累积达到2730万t CO₂e,其中地铁车站建设碳排放量占比约为72%,地铁隧道建设碳排放量占比约为28%。建设阶段单位里程盾构隧道碳排放强度约为1.3万t CO₂e/km,单位面积车站碳排放强度约为371 t CO₂e/100 m2。通过推广绿色建造技术,如采用再生混凝土和再生钢材,地铁建设阶段最高碳减排率可达到8.5%/a,2021—2035年累积节碳可达到508万tCO₂e,可一定程度上能缓解地铁建设的碳排放压力。     

基于日本苫小牧港CCS示范项目的海洋碳封存环境风险监测方法浅析

碳捕集与封存利用技术是应对全球变暖、实现温室气体CO₂大规模削减的重要技术途径。海洋碳封存技术是近年来的研究重点之一,该技术利用海下稳定岩石储层对CO₂进行储存,相比于陆地碳封存技术具有更高的安全性。以日本苫小牧港CCS示范项目为基础,系统梳理了该项目在海洋生态环境监测、CO₂泄漏事故预防监测和地震监测等方面的研究方法,分析并总结了CO₂泄漏事故判断指标pCO₂/DO值(海水中CO₂与DO分压之比)的适用性以及地震对CO₂海下注入工程的影响,并基于中国国情提出在海洋碳封存项目中增加CO₂泄漏事故预防监测系统和地震监测系统等建议,为地震多发海域今后的碳封存项目提供借鉴。     

中国建筑领域CO2排放达峰路径研究

实施建筑领域CO₂排放控制是推动我国2030年前实现碳排放达峰的关键举措. 2020年我国建筑领域运行阶段CO₂排放量为21.7×108 t,约占全国能源活动碳排放量的20%,其中直接排放6.9×108 t,间接排放14.8×108 t. 随着城镇化发展水平和居民生活消费水平的不断提升,建筑领域CO₂排放仍呈刚性增长态势. 为明确建筑领域CO₂排放达峰路径,综合考虑建筑领域发展现状和用能情况,以建筑运行中供暖、炊事等活动所需一次能源(煤炭、石油和天然气)消耗直接排放以及热电联产供暖、空调、照明、电梯、电器等外购热力和电力间接排放为核算范围,在预测不同阶段建筑发展规模、建筑能源消费、用能结构的基础上,分析未来碳排放变化趋势和达峰时间,提出达峰路径和重要政策举措. 结果表明:①2010—2020年,我国建筑领域CO₂排放量从13.2×108 t增至21.7×108 t,其中直接排放已于2017年达峰,间接排放仍在持续增长. ②从建筑规模和节能降碳措施等角度分情景开展建筑领域碳排放达峰路径研究,预测建筑领域CO₂排放将在2029—2030年左右达峰,峰值排放量为28.1×108~29.2×108 t,达峰后有2~3年的平台期. ③低碳清洁取暖、可再生能源应用、建筑节能改造和合理控制建筑规模4项措施是建筑领域实现碳排放达峰的重要举措,4项措施的减排贡献率分别达到40.7%、27.1%、17.7%和14.5%. 研究显示,2030年前,发展建筑可再生能源、强化建筑节能、合力控制建筑规模是建筑领域降碳的核心举措,而推动低碳清洁取暖是实现我国建筑领域降碳最主要的控制途径.      

北京市“十四五”时期大气污染物与温室气体协同控制效果评估研究

面对国家碳达峰、碳中和战略目标,“十四五”时期,北京市提出推进大气污染物和温室气体排放协同控制,因此,开展协同控制效果评估对于持续改善空气质量和减少碳排放具有重要意义 .本研究在减排措施筛选和减排量测算的基础上,分析了主要大气污染物和 CO₂的减排潜力,采用协同控制效应坐标系法、协同控制交叉弹性分析法和协同评估指数法,对减排措施主要大气污染物 SO₂、NO_x、PM₁₀、VOCs 和温室气体CO₂的协同控制效果进行评估 . 结果表明,减排措施对于 SO₂、NO_x的减排潜力均在 20% 以上,对于 CO₂的减排潜力约为 7%. 各项措施对 NO_x、PM₁₀、VOCs和 CO₂排放具有协同控制效果 .从坐标系法和评估指数法分析结果来看,浅山区煤改清洁能源和压减本地火力发电量对 SO₂和 CO₂的协同控制效果较好...     

广东省船舶二氧化碳排放驱动因素与减排潜力

船舶是广东省二氧化碳(CO₂)的重要排放来源,研究广东省船舶CO₂排放的历史变化趋势、驱动因素和减排途径,可为广东省制定碳达峰与碳中和路径提供科学依据.采用排放因子法估算广东省船舶CO₂排放量,利用对数平均指数法(LMDI)识别排放驱动因素,并结合情景分析法探究船舶CO₂的减排途径.结果表明：(1)2006～2020年广东省船舶CO₂排放量从331.94万t增加至639.29万t,其中干散货船和集装箱船是导致排放增加的主要船型.(2)2006～2020年广东省船舶CO₂排放的关键正向驱动因素是运输强度(51%)和经济因素(49%),主要负向驱动因素是能源强度(93%)和货类结构(7%).(3)到2030年,如果广东省船舶运输保持当前政策(基准情景)发展,将无法实现碳达峰.(4)到2060年,同时考虑优化能源结构和降低能源强度(节能低碳情景),相比于基准情景有56.51%的CO₂减排潜力.可为广东省制定船舶航运行业碳达峰与碳中和管控策略...     

城市有机固体废弃物协同处置碳排放分析

近年来,以市政污泥与餐厨垃圾为代表的城市有机固体废弃物的安全妥善处理和高效低碳处置受到广泛关注。通过构建碳排放及碳补偿核算方法,以100万人口的中等城市为例,分析城市有机固体废弃物协同处置与传统焚烧和填埋处置的理论碳排放水平。通过量化直接碳排放与间接碳排放的贡献,确定了高效的减排路径。结果表明：城市有机固废协同处置碳排放量为513 t CO₂/a,相比于传统填埋(12973 t CO₂/a)和传统焚烧(14733 t CO₂/a)碳减排效益显著。协同处置技术路线中直接碳排放占比63%,最大限度实现沼气和发酵产物的资源化利用是碳减排的关键。焚烧处置路径中的焚烧电耗(占比68%)和填埋处置路径中的深度脱水药耗(占比87%)是间接碳排放的主要来源,也是碳减排的核心。该研究结果可为城市有机固体废弃物低碳化处理处置提供参考,从而助力城市实现碳中和目标。     

基于生产和消费视角的辽宁省行业能源消费碳排放

行业能源消费碳排放核算是碳减排政策制订的基础,从消费视角进行行业碳排放研究日趋重要. 基于经济投入产出生命周期评价模型,从生产和消费视角解析了辽宁省2007年行业能源消费碳排放分布规律. 结果表明:生产视角碳排放量行业集中度高,该视角碳排放总量的78.73%集中在电力、热力的生产和供应业,金属冶炼及压延加工业,非金属矿物制品业以及交通运输、仓储及邮政业;为其他行业提供产品和服务是造成行业生产端碳排放的主要原因;消费视角下行业碳排放总量的53.79%集中在金属冶炼及压延加工业,建筑业,电力、热力的生产和供应业以及其他行业;上游供应行业的间接碳排放是造成消费端排放的主体.从碳排放强度来看,生产视角下各行业碳排放强度差异性较大,电力、热力的生产和供应业的碳排放强度最大,为9.17 t/万元;消费视角下行业之间的碳排放强度差异性较小,均低于3 t/万元. 最后针对不同视角下分析结果的差异性提出了相应对策的侧重点.      

中国水路运输业能源消耗与废气排放测算

采用基于运输周转量的自下而上方法建立了中国水路运输业能源消耗和废气排放测算模型.根据GDP增长预测得到未来一段时间内中国内河、沿海和远洋货运周转量,结合IMO(International Maritime Organization)温室气体研究采用的废气排放因子,测算得到2001~2030年中国水路运输业的能源消耗和废气排放.研究结果表明:2001年,中国水路运输业燃油消耗量及NO_x、CO、NMVOC(非甲烷挥发性有机物)、CO₂、SO₂和PM排放量分别为790.9,63.6,5.9,1.9,2483.2,37.2,4.6万t,到2030年,将分别为5951.8,405.1,16.5,18.3,18743.2,15.5,6.1万t;2001~2030年,中国水路运输业燃油消耗及CO₂和NO_x排放呈逐年增长趋势,年均增长率分别为7.2%、7.2%和6.6%;受国际公约的限制,与硫含量密切相关的SO₂和PM排放量自2020年之后显著下降;2001年,中国水路运输业CO₂排放量占世界航运排放量的比重在3.2%左右,此后呈逐渐上升趋势,到2020和2030年,将分别增长至11.5%和15.3%.     

基于重点行业/领域的我国碳排放达峰路径研究

开展碳排放达峰路径研究,明确时间表、路线图、施工图,是支撑我国实现2030年前碳达峰目标的基础性研究工作. 本文采取自上而下和自下而上相结合的方式,以满足社会经济高质量稳定发展需求和国家碳达峰碳中和双重目标为约束开展自上而下的宏观路径研究;以合计贡献了我国碳排放(不含港澳台地区数据) 90%以上的电力、钢铁、水泥、铝冶炼、石化化工、煤化工共6个重点行业以及建筑、交通2个重点领域为对象,开展自下而上的重点行业/领域碳达峰路径研究;通过上下路径反复迭代、行业间耦合优化,打通宏观路径与微观措施的联动和双向反馈,最终形成基于重点行业/领域的我国碳达峰路径. 结果表明:为实现国家碳达峰、碳中和的目标愿景,需抓紧部署、大力推进包括清洁能源降碳、能效提升降碳、资源循环降碳、管理调控降碳等4类关键举措,方可实现我国碳排放量在2030年前达峰的目标,峰值较2020年增加5.0×108~7.0×108 t左右,达峰后将保持3~4年的峰值平台期. 受需求与技术驱动,不同领域碳排放总量将梯次实现达峰,其中工业领域（含钢铁、水泥、铝冶炼、石化化工、煤化工共5个重点行业）预计将在“十四五”期间整体达峰,达峰后碳排放稳定下降;电力行业和交通、建筑领域碳排放均在2030年左右实现达峰. 经测算,2021—2030年间,为推动碳达峰采取的4类关键措施预计需投入2.08×1013元;其中清洁能源降碳是最为有效的措施,同时也是成本最高的措施. 为保障关键举措顺利落地,建议全面加大政策创新,逐步形成系统完善的碳总量控制与交易市场机制、绿色低碳标准体系、行业准入及产业结构政策体系、价格财税及投融资机制等. 本研究分行业及领域的碳达峰路径研究成果及所识别的关键控碳减碳技术手段、措施和政策将为国家碳达峰路径设计提供技术支撑.      

全产业链视角下建筑碳排放路径模拟:基于RICE-LEAP模型

从社会经济活动的角度出发,创新性地构建包含中国终端部门的新型综合评估模型—RICE-LEAP模型,并通过情景设置动态模拟2020~2050年建筑全产业链碳排放的发展路径及其结构性特征.结果表明:①与参考情景相比,考察期内1.5℃情景下中国碳排放总量的额外累计减排量将达到129.74Gt CO₂,而建筑全产业链碳排放的额外累计减排量为57.53Gt CO₂,占比44.28%.②建筑业是典型的“表观低碳、隐含高碳”的行业.建筑业直接碳排放占建筑物化碳排放的比例较小,仅占9.46%~11.75%.③3个动态情景下,建筑物化碳排放的下降速率均快于建筑运行碳排放.这是由于建筑物化碳排放主要依赖工业等终端部门的脱碳进程,在实现碳达峰过程中具有先发优势.④现阶段,建筑全产业链能耗仍以煤炭消费为主,但煤炭的消费占比在3个动态情景中均呈现出不同程度的下降,而电力的消费占比则呈现出明显的上升趋势.     

建设项目温室气体环境影响评价方法研究

建立完善的、减污降碳相协同的管理制度是支撑全国碳排放高质量达峰的重要保障,有效控制新增碳排放是推动实现重点行业尽早达峰的关键. 环境影响评价是我国源头防控的基础性制度,将温室气体管控要求纳入其中是现阶段推动减污降碳协同增效的可行途径及重要抓手. 综合考虑国内外管理实践经验以及我国制度特点与管理需求,开展了温室气体环境影响评价技术方法研究. 本文提出了系统性、全过程、协同性的三大温室气体评价基本原则,识别建设项目温室气体环境影响评价的主要影响因素,构建了强调高效、低碳、循环的温室气体环境影响评价指标体系,建立了包含项目分析与判断、影响因素识别、影响预测与技术分析、综合环境影响评价的评价方法体系. 基于该方法,以山东省250万吨电解铝产能转移至云南省项目为例,开展碳排放环境影响评价分析,测算结果表明:若不考虑项目对云南省对外输电的影响,全国CO₂减排量可达2 574.4×104 t;如考虑项目对跨区输电的影响,则全国CO₂净减排量将减至968.3×104 t;进一步考虑技术升级、地方煤炭消费政策等因素影响,还会得到差异明显的评价结果. 研究显示,考虑不同评价目标、评价边界和影响因素可能会对全社会碳排放量环境影响评价结果产生显著影响,由此建议在开展相关评价时应立足实际需求,合理确定评价目标和边界.      

基于碳酸盐分析的水泥碳排放因子测算

为了优化水泥碳排放因子的测算方法,论文基于生料碳酸盐法以及工艺/燃料排放(新型干法窑)、无机碳/有机碳排放(立窑)的碳排放分类对熟料和水泥碳排放因子进行了分析和测算。结果表明:基于抽样调查样品的测试数据,新型干法窑的工艺碳排放因子约为520.00 kg CO_2/tcl,燃料碳排放因子约为288.06 kg CO_2/tcl,熟料碳排放因子约为808.06 kg CO_2/tcl,立窑的无机碳排放因子约为504.18 kg CO_2/tcl,有机碳排放因子约为343.67 kg CO_2/tcl,熟料碳排放因子约为847.85 kg CO_2/tcl;由于新型干法窑和余热发电等技术的普及以及熟料水泥比降低等因素,中国水泥碳排放因子有逐年降低的趋势,从2001年到2012年,水泥碳排放因子从767.13 kg CO_2/tce降到550.80 kg CO_2/tce;水泥碳排放构成中的工艺排放、燃料排放和电力消耗间接排放约各占58.57%、29.79%和11.64%。     

中国民用航空机场大气污染物及碳排放清单

基于2017~2020年中国民用航空局飞机起降数据、机队配置数据和国际民航组织（ICAO）飞机发动机排放因子数据库等数据,自下而上编制了2017~2020年中国民用航空机场高分辨率飞机起飞着陆（LTO）循环大气污染物及碳排放清单,在此基础上探究中国民用航空机场大气污染物和碳排放时空分布特征.分析2000~2020年3次疫情（2003年非典、2012年中东呼吸症、2020年新冠疫情）对机场大气污染物及碳排放影响.结果表明,2020年中国民航机场LTO循环NO_x、CO、HC、SO₂、PM和CO₂排放量分别为10.90,8.22,0.96,0.28,0.06,1360.27万t;HC、CO、SO₂、CO₂在滑行阶段排放量最大,分别占总排放量的92.80%、91.56%、41.81%、41.81%.NO_x、PM在爬升阶段排放量最大,分别占总排放量的47.93%、37.39%;2017~2019年我国民航机场飞机LTO循环大气污染物及碳排放总量呈现逐年增长的趋势,受新冠疫情影响2020年排放总量下降22.39%;排放集中在经济较为发达的华东地区.在2000~2020年3次疫情中,新冠疫情对我国民航机场飞机LTO循环排放量影响最显著.     

深圳市温室气体排放清单研究

根据深圳市相关统计资料收集到的活动水平数据,参照《2006年IPCC国家温室气体清单指南》温室气体核算方法,建立了深圳市温室气体排放清单,并且与其他城市的温室气体排放水平进行了对比. 结果表明:2008年深圳市温室气体总排放量(以CO₂排放当量计)为6 569.4×104 t,能源部门的温室气体排放量占总排放量的比例最大,达80.8%;工业过程、废物处理处置部门和农林和其他土地利用(AFOLU)部门排放所占比例分别为16.5%、5.1%和-2.4%. 深圳市温室气体人均排放量为7.49 t/人,单位GDP的温室气体排放量为0.84 t/104元,二者均低于北京、上海、天津和无锡的平均排放水平,但高于重庆市.      

区域碳固持服务供需关系动态分析——以北京为例

陆地生态系统的碳固持服务能直接固定大气中的CO₂,有效减缓全球变暖趋势。该服务的供需平衡对于区域的可持续发展至关重要。目前,以空间显式的方法,定量评估城市尺度上碳固持服务供需关系动态的研究还比较少。因此,论文以北京市为例,分别选取CASA模型计算的植被净初级生产力,以及IPCC清单法和城市碳代谢法计算的人为CO₂排放量,表征碳固持服务的供应和需求量。在此基础上,分析了北京市2000和2013年碳固持服务的供需变化。结果显示,2000年北京市碳固持服务供不应求,供需比为53.5%。空间分布上,中心城区的碳固持服务供需失衡,西部和北部地区的碳固持服务则供大于求。2000-2013年,北京市碳固持服务的供需关系趋于紧张,供需比降至38.5%。碳固持服务供需关系变紧张的主要原因是碳排放总量的增加。其中,来自城市居民生活和交通运输过程的碳排放增长最多。基于此,建议在需求端加快产业转移、促进节能减排,在供应端加大生态环境保护力度、保障区域的可持续发展。