畜牧业“碳排放”到“碳足迹”核算方法的研究进展

全球变暖趋势日益加剧,不仅影响农业可持续发展,而且威胁到人类生存。畜牧业碳排放因其在农业碳排放中乃至全球碳排放中占比较大而日益备受关注。准确核算畜牧业碳排放是制定切实可行的碳减排政策的前提,也为我国在气候变化下承担共同但有差别的减排责任提供话语权。本文基于研究范式的演进,对畜牧业碳排放到碳足迹核算方法的研究发展进行了系统梳理,研究表明,在学者的不断研究与质疑下,畜牧业碳排放到碳足迹的核算方法经历了从OECD核算法、IPCC系数法到生命周期法与投入-产出法的演变与完善,学术界认为区域异质性、养殖规模与管理方式均影响碳足迹;散养比规模化养殖产生更多的碳排放,舍饲比户外放牧排放更多的碳。畜牧业碳足迹核算能够更加全面地反映畜牧业全生命周期的碳排放情况,但由于研究假设、研究方法及研究样本等差异导致不同区域、不同畜产品的碳排放核算结果存在不确定性。运用生命周期法和投入-产出法对欧盟成员国畜牧业碳排放的核算结果基本一致,但运用IPCC系数法和全生命周期法对中国畜牧业碳排放核算中,牛、猪和羊的碳排放量排序结果不尽一致。鉴于核算结果的差异性,本研究对不同核算方法的起源、最早采用时间、特点、局限性等方面进行了归纳总结,并建议后续研究探讨基于生命周期评价的畜牧业碳足迹研究边界的延伸性,标准化畜牧业碳排放或碳足迹核算,避免学者重复核算畜牧业碳排放,以便深入展开畜牧业碳排放其他方面的研究。     

基于卫星夜间灯光数据的中国分省碳排放时空模拟

中国能源统计数据"横向不可比,纵向不可加"现象依然突出,尤其是分省能源消费统计千差万别,给分省碳排放评估带来了较大困难,如何利用卫星遥感数据科学合理地估算中国分省碳排放是当前亟须研究的问题。本文运用DMSP/OLS全球稳定夜间灯光数据,在通过相互校正、年内融合和年际间校正等系列处理得到中国分省稳定夜间灯光数据的基础上,首先分别构建中国分省稳定夜间灯光亮度DN值与人均碳排放和单位面积碳排放之间的时空地理加权回归模型,两个模型整体效果均较好,拟合优度分别高达96.74%和99.24%;其次运用稳定夜间灯光亮度DN值对分省人均碳排放和单位面积碳排放进行时空模拟;最后运用人口规模和土地面积对分省碳排放进行估算。估算结果显示:(1)整体来看,2000—2013年年均碳排放模拟值与实际值6.3349×109t较为接近,两个模型的相对误差均在0.5%以内。(2)分年度来看,所有年份的相对误差均在5%以内,2006年分省加总碳排放模拟值与实际碳排放6.2036×109t最为接近,绝对误差和相对误差均较小,两个模型模拟值的相对误差均为0.04%。(3)分省域来看,2000—2013年年均碳排放模拟值与实际碳排放均非常接近,除海南和宁夏外,其余28个省区市的相对误差均在1%以内。(4)分年度分省域来看,以2013年为例,40%省份的相对误差在2%以内,70%省份的相对误差在5%以内。从整体、分年度、分省域、分年度分省域的估算结果来看,基于稳定夜间灯光数据的中国分省碳排放时空模拟效果良好。因此,运用卫星夜间灯光数据可以较为准确地对中国分省碳排放进行估算和预测,为卫星遥感影像数据服务分省碳排放监测和评估提供一种补充性参考。     

中国碳排放强度的时空演进及跃迁机制

面对气候变化所带来的生存危机以及环境治理的复杂状况,对中国碳排放强度时空演进的动态监测与预警治理的研究是实现碳排放强度下降目标的关键。文章测算1997—2015年中国大陆30个省区碳排放强度的空间面板数据,采用探索性时空数据分析(ESTDA)方法对中国碳排放强度的空间相关性、集聚特征及其时空跃迁进行空间统计分析,借助分位数回归与时空跃迁嵌套模型,揭示在时间和空间推移的双重作用下中国各省区碳排放强度的时空跃迁机制。研究结果表明:(1)中国30个省区的碳排放强度在时空分布上并不是完全随机状态,各个省区碳排放强度之间具有显著的空间相关性特征,碳排放强度的变动趋势会受到其相临近省区碳排放强度的影响,省域间的碳排放强度在空间分布上呈现"集聚"与"分异"并存的时空演进特征。(2)中国碳排放强度空间集聚趋势增强,具有高度的凝固性和较低的流动性,10个高碳排放强度省区碳排放强度的稳定性将成为制约中国碳排放强度整体跃迁的重点省区,相关省区的跃迁性将成为驱动中国碳排放强度整体跃迁的关键省区。(3)各省区的碳排放强度空间集聚过程中存在时空跃迁的驱动模式和制约模式,分位数回归模型能够很好地解释各驱动因素对碳排放强度时空跃迁的驱动机制,不同响应阶段的驱动因素的分位数与碳排放强度时空跃迁类型之间具有很强的嵌套性。(4)根据各省区碳排放强度时空演进及其跃迁机制的分析结果,进一步提出加强对关键省区碳排放强度的有效监测与治理,加大碳排放的约束力度等差异化的碳减排调控措施。     

技术进步路径选择与中国制造业出口隐含碳排放强度

本文采用考虑反馈性出口隐含碳的MRIO模型,测算了2000—2011年中国14个制造业行业出口隐含碳排放强度;在此基础上,基于全球价值链(GVC)分工地位的视角,理论分析并实证检验了不同技术进步路径对中国制造业出口隐含碳排放强度的影响。研究发现:中间品进口、自主研发、模仿创新显著降低了中国制造业出口隐含碳排放强度,而国外技术引进和外商直接投资(FDI)对中国制造业出口隐含碳排放强度的影响不显著;提升中国制造业在GVC中的国际分工地位能够显著降低其出口隐含碳排放强度。进一步研究发现,不同技术进步路径对中国制造业出口隐含碳排放强度的作用效果受到制造业在GVC中的国际分工地位的影响,并表现出明显的门槛特征,即只有中国制造业在GVC中的分工地位越过门槛值后,技术进步路径才能显著降低中国制造业出口隐含碳排放强度。此外,将制造业分为知识密集型、资本密集型和劳动密集型三类,发现不同技术进步路径对中国制造业出口隐含碳排放强度还存在着显著的行业差异。因此,中国制造业应充分发挥中间品进口、自主研发、模仿创新在降低中国制造业出口隐含碳排放强度中的作用,在引进FDI和国外技术的过程中,优先考虑引进发达国家的先进低碳制造技术和清洁生产技术。同时,中国制造业还应积极培育自身竞争优势,构建自我主导的国内价值链和区域价值链体系,主动嵌入全球创新链,提升中国制造业在GVC中的国际分工地位。此外,政府应根据技术创新和引进政策在不同制造业行业中的执行效果,有所侧重地制定和实施相关政策。     

中国工业碳排放达峰的情景预测与减排潜力评估

实现2030年碳排放达峰不仅是中国为应对全球气候变化向国际社会做出的郑重承诺,也是中国未来经济结构转型与可持续发展的必然选择。基于中国实现2030年碳排放达到峰值的宏观目标为背景,本文以中国碳排放的主要行业工业为研究对象,首先运用拓展的STIRPAT模型对工业及其9个细分行业的碳排放达峰进行了情景预测,然后基于公平和效率的双重视角对工业细分行业的减排潜力进行评估。研究表明:(1)仅有低碳情景和抑制排放情景2可以实现中国碳排放2030年达峰,低碳情景是实现中国工业碳排放达峰的最佳发展模式,达峰时间最早(2030年),峰值最低(140.43亿t)。激进排放情景则是最差的发展模式,达峰时间最晚(2036年),峰值也最高(150.09亿t)。(2)工业内部各细分行业碳排放的最优达峰情景差别较大。建材和纺织制造业能够实现提前达峰,可以在这类行业率先实施达峰管理措施,使其带动其他行业陆续达峰。(3)最具减排潜力的行业是石油制造业,其次是电力行业,这些减排潜力较大的行业应该成为国家节能减排的重点对象。(4)基于工业各细分行业在减排公平性和效率性上的差异将工业9个细分行业分为四类。其中,石油、钢铁制造业和电力行业属于"高效高公平行业";化工、建材制造业属于"低效高公平行业";采掘业属于"高效不公平行业";纺织、轻工和机电制造业属于"低效不公平行业"。中国应针对不同类型的行业制定出相应的减排战略,将减排重点放在各行业最具潜力的方面。最后,文章对实现中国工业碳排放达峰管理提出了几点政策建议。     

论构建中国用能权交易体系的制度衔接之维

用能权是具有公私法双重属性的管制性财产权。用能权交易是我国推进绿色发展的一项制度创新,对实现能耗总量和强度"双控"目标具有重要意义。用能权交易制度旨在从供给侧实现节能降耗目标,与其并行的节能减排市场化机制还包括节能量交易和碳排放权交易。节能量交易与用能权交易的规制对象、规制手段、制度设计目的和约束功能相近,故两者存在制度重复建设问题。用能权交易和碳排放权交易的制度设计目的具有协同性、规制对象有交叉,但两者在用能权指标和碳排放配额初始分配、履约等方面存在制度衔接不畅问题。通过法学和制度经济学分析,对用能权交易、节能量交易和碳排放权交易的制度整合与重构提出了建议。中国应当取消目标节能量交易制度,并以核定用能权交易取代项目节能量交易。用能权交易和碳排放权交易的制度衔接层面,应当打通用能权交易体系和碳排放权交易体系,建立联合履约机制,即允许用能单位或排放单位在满足一定条件的情况下使用用能权指标、核定用能权、碳排放配额或核证减排量履约。用能权指标与碳排放配额在履约方面的衔接机制重点在于一级市场的对接。用能权的初始分配仅仅是为重点用能单位设定节能义务的过程,应当以公平为原则,并且采取免费分配的方式。相对于用能权交易制度,碳排放权交易制度则是为了控制排放单位对碳排放空间这一资源的过度利用。因此,在碳排放配额初始分配环节,政府应当通过有偿分配的方式以实现国家对碳排放空间这一稀缺资源的所有者权益。建立核定用能权和核证减排量的联合履约机制,既允许用能单位购买核证减排量抵消其超额耗能,也允许排放单位购买核定用能权以抵消其超额排放,并对抵消比例设定限制。     

基于固态碳源的同步硝化反硝化反应器对海水养殖废水中氮的去除性能

通过批次实验考察了非生物作用下3-羟基丁酸/戊酸酯共聚物(PHBV)的有机碳释放规律;以PHBV颗粒和陶粒作为填料建立了填充柱生物膜反应器,并通过长期(90 d)运行考察了其对海水养殖废水中氮的去除性能。结果表明,非生物作用下PHBV难以向水体中释放有机碳;以PHBV作为固态碳源的生物膜反应器可以实现同步硝化反硝化。反应器运行状态(HRT为2 h)稳定后,氨氮和总氮的去除率分别为(91.8±1.3)%和(87.5±2.2)%,硝化速率和反硝化速率分别为0.11 g·(L·d)⁻¹和0.20 g·(L·d)⁻¹。填充柱沿水流方向可以分为2个区段,0~20 cm柱体内主要进行同步硝化反硝化过程,20~100 cm柱体内主要进行反硝化过程;反应器中微弱的亚硝酸盐积累可以归因于短程反硝化。以上研究成果可以为海水养殖业绿色发展提供参考。     

基于碳数分段法的石油烃污染土壤异位热脱附工艺的优化

针对石油烃污染土壤成分复杂、污染严重、修复难度高的问题,采用适用性广、效率高且去除彻底的异位热脱附技术修复石油烃污染土壤。利用碳数分段法及室内模拟实验,探究在热脱附过程中的土壤粒径、含水率和有机质对石油烃及各组分热解吸效率的影响;另外,还采用响应面法对各影响因素进行了优化,以获得异位热脱附修复石油烃污染土壤的最优工艺参数。结果表明,当污染土壤粒径高于1 mm时,石油烃脱附效率均可达90%以上,且粒径越大土壤颗粒中石油烃去除率越高。其中,润滑油段(ORO, C28~C40)组分的脱附效率随粒径变化最为明显。当土壤含水率为15%、脱附时间为50 min时,石油烃脱附效率最大为52.63%。另外,土壤中有机质含量越低,越利于石油烃的脱除,且高温(400~500 ℃)条件下可基本消除土壤中高含量有机质(3.82%)对石油烃脱除的阻碍作用。响应面优化实验得到的最佳工艺参数条件为,粒径2 mm、有机质含量1.44%、含水率为17.68%,在此条件下的石油烃脱附去除效率可达65.32%。该研究结果可为热脱附技术在石油烃污染场地的实际应用提供参考。     

华中地区某污水处理厂低碳运行措施及效果

以华中地区某污水处理厂 (设计规模：25×10⁴ m³·d⁻¹) 为例,分析城镇污水处理厂的节能降碳的有效措施。该厂在2021年底实施了系列节能高效运行和工艺优化创新措施,取得显著降碳效果。措施包括：采用节能高效设备、生化池按需曝气、光伏发电等节约电耗措施,以及强化生物除磷、优化化学除磷、多点配水节约碳源、智能加药等。对比分析该污水处理厂2022年的运行数据与2019—2021年的数据。年平均吨水电耗、吨水消耗碳源、吨水消耗除磷剂分别由0.192 kW·h·m⁻³、5.010 mg·L⁻¹ 、4.199 mg·L⁻¹降至0.161 kW·h·m⁻³、0 mg·L⁻¹、2.980 mg·L⁻¹。污水处理厂年消耗电费、药费等直接运行成本节约39.6%, 间接碳排放强度减少20.3%。相关举措可为类似污水处理厂的从运行管理角度实现减污降碳协同增效提供参考。     

多级多段纯膜MBBR工艺的脱氮稳定性与微生物菌落结构分析

采用宏观运行、原位小试及微观群落组成相结合的方式,探究了多级多段的纯膜MBBR工艺在工程应用中的脱氮效果及脱氮路径。结果表明,纯膜MBBR耦合改良磁加载沉淀工艺的HRT相比传统活性污泥工艺可缩短50%,且脱氮稳定性强。建议纯膜MBBR采用两级AO设计,并根据出水标准及进水波动情况,前缺氧和主好氧区分别设置2级以上以及2~4级工艺。在实际运行面临水质冲击时,通过生物膜传质梯度增加,可以显著提升污染物去除负荷,保证脱氮稳定性。在水质冲击幅度过大时,可以通过临时投加外投碳源的方式保证出水氮素稳定达标。纯膜MBBR优势硝化菌Nitrospira和Nitrosomonas,在主好氧区相对丰度分别达到3.50%~6.91%和0.65%~2.28%。Denitratisoma、Flavobacterium、Hyphomicrobium、Terrimonas和Rhodobacter等优势反硝化菌属的合计相对丰度10.85%~16.52%。缺氧区和好氧区污染物最大去除负荷与功能菌相对丰度均呈正相关。纯膜MBBR在前缺氧区提高了Candidatus Brocadia型厌氧氨氧化菌富集效率,相对丰度达到1.21%~1.56%,可为主流厌氧氨氧化的稳定实现提供参考。纯膜MBBR结合多级多段设计,具备节地效果好,抗冲击能力高等优势。