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好文推薦 | 全面認(rèn)識垃圾處理的溫室氣體排放

分類:固廢觀察    發(fā)布時間:2022年7月18日 18:15    作者:固廢觀察公眾號    文章來源:固廢觀察公眾號

我國垃圾焚燒處理的量在過去這幾年保持高速的增長,到2020年城市和縣城焚燒處理總量達(dá)到1.6億噸,也就是垃圾焚燒溫室氣體每年排放源的量是1.6億噸。詳見圖1。

圖1.我國生活垃圾年焚燒量

與焚燒相比,我國垃圾填埋排放溫室氣體排放源的量更大。填埋和焚燒不一樣,焚燒之后垃圾變成了飛灰和爐渣,對于填埋而言,廚余垃圾等有機(jī)質(zhì)連續(xù)十年或者更久的時間排放甲烷、一氧化二氮等溫室氣體。用十年期計算我國城市和縣城的填埋存量,2020年高達(dá)15億噸。詳見圖2。


圖2.我國生活垃圾10年期填埋存量

與焚燒處理量相對應(yīng),2002年到2021年我國垃圾焚燒處理能力呈現(xiàn)出指數(shù)型的增幅。到2021年年底我國垃圾焚燒設(shè)計處理能力達(dá)到77萬噸/天,2.8億噸/年。有些省份,比如福建、海南等甚至提出了100%焚燒目標(biāo),就是將清運垃圾100%送到焚燒爐里面。詳見圖3。

圖3.我國生活垃圾焚燒處理能力的增長情況(2002-2021)
這樣爆發(fā)式的增長也帶來了負(fù)面的后果,區(qū)域分布不均衡、不協(xié)調(diào)、過度超前建設(shè)的現(xiàn)象開始出現(xiàn)等等。浙江省、山東省等十個省區(qū)市出現(xiàn)了垃圾焚燒處理能力超過垃圾清運量的情況,浙江省表現(xiàn)得最為突出,每天超出的量達(dá)到2.75萬噸,處理能力和清運量不匹配導(dǎo)致焚燒爐閑置,沒有垃圾可燒,也可能出現(xiàn)為了滿足焚燒的需求,對垃圾分類處理或者減量產(chǎn)生負(fù)面的鎖定效應(yīng)。詳見圖4。

圖4.2022年部分省份垃圾焚燒處理能力超出清運量的值(噸/日)

二、垃圾焚燒的溫室氣體排放

(一)對垃圾焚燒發(fā)電“碳減排”的質(zhì)疑

為什么焚燒技術(shù)受到如此的熱捧?有三個先導(dǎo)條件:第一,垃圾焚燒被國家定義為生物質(zhì)發(fā)電,可以獲得高額的電價補貼;第二,部分專家所謂的雙重降碳,相對于填埋場來說控制甲烷排放,還能夠替代發(fā)電;第三,如果能獲得國家核證自愿減排量(CCER),在碳市場進(jìn)行交易就能獲得一定的收益。我們在此分別提出質(zhì)疑。

第一個質(zhì)疑,為什么垃圾焚燒發(fā)電不完全屬于生物質(zhì)發(fā)電?圖5非常清楚展示了生活垃圾和生物質(zhì)之間的關(guān)系。生活垃圾里面有一部分是生物質(zhì)包括了廚余,還有一部分是塑料、橡膠、紡織物等富含化石源碳的原料?!犊稍偕茉捶ā罚?009)也明確規(guī)定“生物質(zhì)能利用自然界的植物、糞便、城鄉(xiāng)有機(jī)廢物轉(zhuǎn)化能源”。而焚燒處理的生活垃圾不僅包括生物質(zhì),所以生活垃圾發(fā)的電也不完全是生物質(zhì)的電。詳見圖5。

圖5.生活垃圾和生物質(zhì)資源的關(guān)系
第二個質(zhì)疑,以CCER方法學(xué)為例,垃圾焚燒真的是雙重降碳嗎?CCER項目核算碳減排量的公式三個部分,一是項目絕對碳排放量,二是項目發(fā)電替代的碳排放量,三是基準(zhǔn)線排放,詳見公式1。以下分別提出疑問。

公式1:
碳減排量=絕對碳排放量-發(fā)電替代碳排放量-基準(zhǔn)線項目碳排放量

首先是對絕對碳排放量的疑問,CCER項目是否存在著數(shù)據(jù)造假的情況?圖6展示了一項針對我國垃圾組分的調(diào)查,結(jié)合公式2,可以得出結(jié)論“我國的垃圾里面塑料、橡膠和紡織物等貢獻(xiàn)主要的熱值,也貢獻(xiàn)了主要的化石源碳”,這和第一個質(zhì)疑討論到《可再生能源法》中生物質(zhì)發(fā)電的概念相互呼應(yīng)——垃圾發(fā)電事實上不是主要靠生物質(zhì),而是靠高熱值的塑料、橡膠和紡織物,因此這部分垃圾發(fā)出來的電當(dāng)然不能被認(rèn)定為生物質(zhì)能源。

公式2:
絕對碳排放量=重量x碳含量的比例x化石碳占總碳含量的比例x燃燒效率(EFF)

圖6.某研究中我國生活垃圾中各個組分的比例、熱值和化石源碳含量
CCER垃圾焚燒項目的案例,圖7表中塑料的干重的比例是1%,實際貢獻(xiàn)63%的化石源碳,說明塑料是重要的垃圾焚燒的化石原碳的來源。我們收集了2016—2017年間29個垃圾焚燒CCER項目,看到圖8一開始覺得很樂觀,比如說廣元市垃圾里面就沒有塑料,昆山也沒有塑料,只有0.25%,說明分類做得好或者回收做得好。我們再看圖9,根據(jù)學(xué)術(shù)研究,垃圾中塑料的比例普遍會達(dá)到百分之十幾,上海等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市可能會更高。CCER中關(guān)于塑料的報告值和研究值也在揭露一個問題,這里面是否存在著數(shù)據(jù)造假的情況。

圖7.馬鞍山市垃圾焚燒CCER項目垃圾里的干重1%塑料貢獻(xiàn)了63%的化石源碳
圖8.29個CCER項目設(shè)計文件中估算的塑料比例
圖9.學(xué)術(shù)研究中我國生活垃圾中塑料比例
其次是對發(fā)電替代排放量的質(zhì)疑,垃圾焚燒低水平的能源效率條件下可以對煤電實現(xiàn)替代減排嗎?我們參照發(fā)電行業(yè)對于能源效率的計算方式,根據(jù)有限的公開數(shù)據(jù)對我國主要焚燒發(fā)電企業(yè)能源效率進(jìn)行計算。圖10展示了我國主要焚燒發(fā)電企業(yè)能源效率,普遍低于65%基準(zhǔn)線,按照歐盟優(yōu)先次序原則,低于65%基準(zhǔn)線的垃圾焚燒將被定義為“垃圾末端處置”,高于65%基準(zhǔn)線才能被定義為“能量回收”。

圖10.我國主要垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)的能源效率還普遍處于較低水平(2019-2021)
事實上,我國垃圾發(fā)每度電的單位二氧化碳排放量遠(yuǎn)高于煤電。圖11比較了不同發(fā)電方式電網(wǎng)排放因子,也就是每發(fā)一度電排放二氧化碳的量,可以發(fā)現(xiàn)我國垃圾焚燒發(fā)電的電網(wǎng)排放因子遠(yuǎn)高于煤電發(fā)電的平均值,這樣的結(jié)果直接否定了垃圾焚燒發(fā)電替代煤電能夠?qū)崿F(xiàn)碳減排的假設(shè)。

另外一個有待進(jìn)一步探討的問題是,如果說垃圾焚燒發(fā)電替代了煤炭發(fā)電排放,替代真的發(fā)生了嗎?也就是在現(xiàn)實中是否會出現(xiàn)多造了一個垃圾焚燒發(fā)電廠就少造了一部分火電廠產(chǎn)能的情況呢?
圖11.不同發(fā)電方式電網(wǎng)排放因子比較

最后是對基準(zhǔn)線選擇的質(zhì)疑。基準(zhǔn)線是CCER項目在計算減排量時的參照線——減排量等于CCER項目排放量減去基準(zhǔn)線項目排放。2016年到2017年審定29個項目全部選擇了M3,也就是“沒有填埋氣捕捉系統(tǒng)的填埋場處理新鮮垃圾”作為基準(zhǔn)線。這樣的選擇其實存在兩個問題,第一個問題是這個選擇很不準(zhǔn)確,因為基準(zhǔn)線不符合當(dāng)時的情況,比如城市已經(jīng)有了焚燒或者主要是焚燒,甚至M3這種方式已經(jīng)不存在了,那就沒有替代可言了。第二個問題是基準(zhǔn)線的更新很不及時,垃圾焚燒CCER項目周期可能長達(dá)十年,如果十年期內(nèi)基準(zhǔn)線都不更新的話,基準(zhǔn)線實際可能已經(jīng)不存在了。詳見圖12。

圖12.基準(zhǔn)線(替代方案)的具體描述和當(dāng)下的現(xiàn)實情況

垃圾焚燒真的是雙重降碳嗎?我們分析之后得到了以下結(jié)論,第一個否定的結(jié)論是垃圾焚燒CCER項目絕對碳排放量可能存在造假;二是垃圾焚燒發(fā)電能源效率很低,平均電網(wǎng)排放因子遠(yuǎn)高于煤電,不可能實現(xiàn)替代后的減排,目前也沒有證據(jù)證明CCER項目替代煤電項目的實際操作;三是基準(zhǔn)線選擇不準(zhǔn)確、更新不及時,可能會計算出虛假的碳減排量。

(二)焚燒“碳排放量”的準(zhǔn)確性值得推敲

如圖13所示,我國政府向公約秘書處遞交了《中華人民共和國氣候變化第二次兩年更新報告》(2018)(下簡稱《報告》),2014年城市生活垃圾處理排放了1億噸左右二氧化碳當(dāng)量,其中二氧化碳的量是2000萬噸二氧化碳當(dāng)量。不足的是,報告沒有把縣城和鄉(xiāng)村生活垃圾處理產(chǎn)生的溫室氣體納入核算,后續(xù)隨著我國垃圾收運、焚燒體系發(fā)展,我國垃圾焚燒處理對氣候變化實際影響會越來越大,垃圾焚燒碳排放量逐漸快速增長的過程。

圖13.《中華人民共和國氣候變化第二次兩年更新報告》(2018)

如何減緩垃圾焚燒的溫室氣體排放?一是源頭角度,提高塑料等化石源碳材料分出比例,提高對廚余垃圾等有機(jī)質(zhì)的分出比例,減少進(jìn)入焚燒爐的量。二是從運行角度,通過垃圾分類管理、全鏈條管理、AI等技術(shù)改造不斷提高垃圾焚燒廠能源效率,從而通過提高發(fā)電量,替代減緩溫室氣體排放。

三、垃圾填埋的溫室氣體排放

在去年中美共同發(fā)布《中美關(guān)于在21世紀(jì)20年代強(qiáng)化氣候行動的格拉斯哥聯(lián)合宣言》后,甲烷的關(guān)注度不斷突破。計算垃圾填埋碳排放量的公式包括三個部分,一是排放量,二是如果說有填埋氣回收裝置,能夠?qū)崿F(xiàn)的替代排放量,三是碳封存的量。詳見公式3和圖14。

公式3:
碳排放量=排放甲烷(CH4)和一氧化二氮(N2O)折算為二氧化碳(CO2)量-能量回收替代排放量-碳封存量

圖14.不同技術(shù)條件下對溫室氣體排放系數(shù)的計算方法(單位:千克二氧化碳/噸垃圾)

我們比較關(guān)注的能量回收替代排放量大概是負(fù)46.6千克二氧化碳/噸垃圾,是一個比較大的值。而我國普遍填埋場的填埋氣回收情況卻比較悲觀,根據(jù)2019年的數(shù)據(jù),我國縣城填埋場1200座,城市填埋場650座,2019年大概216座填埋場有填埋氣回收裝置。詳見圖15。

圖15.城市生活垃圾填埋場在2019-2025年逐漸實現(xiàn)裝備填埋氣回收裝置實現(xiàn)的減排量(黃色部分)

《報告》中垃圾填埋溫室氣體排放的核算周期存在明顯的不足。《報告》按照一年期而不是按照十年期對填埋溫室氣體排放進(jìn)行劃算,也沒有將縣城垃圾填埋產(chǎn)生的溫室氣體納入核算范圍,其結(jié)果,我國垃圾處理對氣候變化實際影響可能遠(yuǎn)高于報告值,報告值是8300萬噸二氧化碳當(dāng)量,我們團(tuán)隊估算值是5.5億噸二氧化碳當(dāng)量。

如果考慮不同溫室氣體全球增溫潛力的不同計算方式,實際影響更加嚴(yán)重。按照IPCC方法學(xué),以100年周期計算甲烷的增溫潛力是21,而按照Nature最新的計算結(jié)果,甲烷排放的前20年增溫潛力是二氧化碳的80倍,填埋排放的甲烷溫室氣體對全球變暖的影響更加嚴(yán)峻。

垃圾填埋如何實現(xiàn)減排?一是源頭角度。因為填埋場甲烷主要來自于廚余垃圾或者有機(jī)質(zhì),最好的辦法是減少食物浪費,其次通過分類讓廚余垃圾進(jìn)入廚余垃圾處理系統(tǒng);從運行角度來說,甲烷有回收利用的潛力,CDM機(jī)制或者百川暢銀為代表的企業(yè)在填埋氣體回收在不斷地探索和實踐。

四、垃圾處理的“碳排放量”存在低估

圖16顯示我國城市和縣城生活垃圾焚燒填埋處理排放的總量,我國政府向公約秘書處提交的值是2014年1億噸二氧化碳當(dāng)量,項目團(tuán)隊估算值是2014年約5.7億噸二氧化碳當(dāng)量,以2014年我國共排放111億噸二氧化碳當(dāng)量為基數(shù),僅垃圾處理這一項的占比至少達(dá)到5%。

由于過去的幾年隨著焚燒的發(fā)展和填埋氣回收比例的提高,項目團(tuán)隊估計城市和縣城垃圾焚燒、填埋的總排放量在2019年實現(xiàn)了達(dá)峰,在7.5億噸左右。

圖16.2014-2020年我國城市和縣城垃圾焚燒、填埋“碳排放量”

五、基于環(huán)境風(fēng)險和氣候變化平衡的建議

有人認(rèn)為填埋排放溫室氣體多,焚燒產(chǎn)生的溫室氣體少,填埋垃圾挖出來送去燒就能實現(xiàn)減排,這在在國內(nèi)形成新的行業(yè)趨勢“開挖焚燒填埋垃圾”,國際上稱“填埋場開采”,以浙江省金華市的實踐為例,當(dāng)?shù)卣J(rèn)為該開挖焚燒填埋垃圾的項目實現(xiàn)了26萬噸二氧化碳當(dāng)量減排。詳見圖17。

圖17.浙江省金華市垃圾填埋場開挖現(xiàn)場 圖源:浙江省金華市住房與城鄉(xiāng)建設(shè)局

開挖焚燒填埋垃圾的方式是否值得鼓勵呢?我們認(rèn)為需要十分謹(jǐn)慎。由于開挖填埋垃圾可能會形成二次環(huán)境風(fēng)險,尤其是在沒有進(jìn)行有效環(huán)境評估的情況下,可能會出現(xiàn)比如說滲濾液泄漏、甲烷爆炸、危險廢物污染等問題,再考慮到我國目前“填埋場開采”相關(guān)的專項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管還處于缺失狀態(tài),開挖和焚燒填埋垃圾應(yīng)當(dāng)非常謹(jǐn)慎。

六、總結(jié)與期待

基于對垃圾焚燒減排計算方式以及數(shù)據(jù)公開性、準(zhǔn)確性的質(zhì)疑,項目團(tuán)隊認(rèn)為垃圾焚燒并不是像CCER方法學(xué)標(biāo)稱的那么完美,能否實現(xiàn)所謂雙重降碳也是非常值得探討。而在垃圾處理過程當(dāng)中,從污染物控制和減排的角度,100%選擇焚燒的路徑是非常值得推敲的。參照圖18。

在“雙碳”、“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”和中美格拉斯宣言的背景下,二氧化碳和甲烷的問題受到了更加廣泛的關(guān)注,充分認(rèn)識垃圾焚燒、填埋的氣候影響后,留給我們的問題是,如何才是一組最佳的垃圾處理行動路徑?

圖18.廢棄物管理優(yōu)先次序


來源 | 零廢棄聯(lián)盟、天下無焚 
作者 | 李嘉誠
編輯 | 匡宋堯

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