基於LCA的工業過程碳排放建模和環境評價

摘 要

針對我國化工類企業在生產過程中排放大量溫室氣體和污染物，造成氣候變暖和區域重度霧霾事件頻發的現狀，該文提出了基於生命周期的工業過程碳排放計量和環境影響評價方法。採用生命周期分析方法對工業過程進行碳排放清單分析，較好地理清了工藝流程中各單元的碳排放當量；同時藉助GaBi軟體，採用環境影響潛勢分析方法對工業過程進行了進一步的環境影響評價，實現了複雜工藝流程中重污染單元的精確定位。基於內蒙古蘇尼特鹼廠的兩類鹼產品工業過程的分析表明：這兩類方法運用於工業過程的生命周期分析都是可行的，分析的結果對於工業過程整改解決方案的提出具有重要的參考價值。

引用格式

引用格式：袁澤，李琦．基於LCA的工業過程碳排放建模和環境評價[J].測繪科學,2017,42(5):196-200.

正文

近年來，全球氣候變暖帶來的冰川融化、海平面上升、乾旱、洪澇和病蟲害等自然災害增加的問題，嚴重阻礙了社會經濟持續發展甚至直接威脅到人類的生存[1]。同時一些學者的研究表明在全球氣候變暖的背景下，北極濤動向正位相增強、東亞冬季風減弱、東亞大槽變淺以及近地表大氣增暖較快導致中低層大氣更加穩定，上述因素的共同作用導致了霧霾事件的增加[2]。而全球氣候變暖和頻發的霧霾事件作為區域性的複合污染，諸多因素中工業過程的大量溫室氣體排放首當其衝。尤其在當代中國的大部分工廠的工業過程中，排放物中除大量溫室氣體外還含有大量氮氧化物，會造成光化學煙霧污染，也是空氣中PM2.5濃度上升的重要原因[3]。因此中國政府這幾年制定了一系列的方針政策來應對這種現象，例如北京市政府實行的「藍天計劃」，但是總的來說目前國內的大部分化工企業仍不清楚該從自身工業過程中的哪些工藝單元來進行改進。因此，對這類企業的工業過程進行一次徹底的從「搖籃」到「墳墓」的生命周期評價，找到污染產生的源頭，從而精準的對症下藥來解決這類區域性污染事件，就具有了重大的科學和現實意義。

生命周期評價(Life cycle assessment, LCA)是目前常用的工業過程分析方法，它屬於系統分析方法之一，定義為對產品系統自原物料的取得到最終處置的生命周期中，投入和產出及潛在環境衝擊數據的彙整與進一步評估。這幾年LCA方法發展較快，常見的有編目分析方法和影響評價方法兩類[4]，LCA分析工具一般由基礎資料庫和評估軟體兩大體系構成，論文所採用的GaBi軟體是由PE-INTERNATIONAL開發的生命周期評價專業軟體，具有海量的環境數據負荷資料庫，包括Buwal，Ecoinvent，PlasticsEurope等，採取的評價方法有CML，EI，UBP等[5]。

論文為了驗證傳統的生命周期碳排放清單分析方法和這幾年興起的藉助GaBi軟體的生產單元環境影響評價方法在工業過程分析中的可行性，選取了內蒙古蘇尼特鹼業從天然鹼的開採到鹼產品加工成型的整個工業過程為分析對象，將該廠兩種成熟鹼產品的工業過程分別對應於上述兩種方法來進行研究，最終目的都是為了找到工業過程中對環境影響最嚴重的工藝單元，為企業的清潔生產改造和產業升級轉型提供方向和途徑，同時進一步來說也可以有效比較兩類方法各自的優勢，為以後進行類似企業的分析工作時方法的選擇提供一些參考。

本文所使用的數據來自蘇尼特鹼廠2013年全年的生產數據，主要包括兩部分，其中物料能源消耗和碳排放的計算所採用的是日均燒鹼生產數據，而基於GaBi軟體的環境影響評價採用的是鹼廠的純鹼日均生產量，為550 t。

在碳排放計算中所使用的排放因子主要包括：全球增溫潛勢(GWP)：定義為瞬間釋放單位質量的溫室氣體在一定時間段產生的輻射強迫與對應於單位質量的CO2輻射強迫的比值，用於評價各種溫室氣體相對氣候效應[6]。文中所用的GWP來自IPCC2007，取CO2、CH4、N2O的GWP分別為1、25、298；電力排放因子：採用國家發改委應對氣候變化司2009年公布的數據，取華北地區電網每l kW·h電量排放CO2當量1.006 9 kg；燃料煤的排放因子：取1 kg煤燃燒排放CO2當量為2.53 kg；原油排放因子：取1 L原油燃燒排放CO2當量為2.76 kg；公路運輸排放因子：貨車的載貨量以8 t計算，取每100 km的耗油15 L。

基於GaBi軟體的環境影響評價中，對採集得到的原始數據進行當量換算所使用的是CML2001方法的特徵化因子[7]，主要包括：全球增溫潛勢(GWP)，單位為kg CO2-當量；光化學煙霧氧化反應潛勢，單位為kgC2H4-當量；不可再生資源消耗，單位為kg Sb-當量。

論文採用了兩種方法對化工類企業的工業過程進行了研究分析，證明了這兩種方法都達到了指導產品工藝流程改進的目的，可以預見把它們用於企業的清潔生產轉型進而解決該類區域性污染問題[14]在實踐上是可行的，都為化工類企業實現減排目標和配合國家「藍天計劃」的實施提供了新的思路。其中第一種方法較為傳統，人工數據處理量稍大但並不複雜，同時數據呈現較為直觀，但是由於人力物力所限不可能做到像第二種方法那樣精確[15]，存在一定的誤差與不確定性，整體結果比較概括。第二種方法則藉助了GaBi軟體，將整個生產流程中的每一個步驟間的輸入輸出清晰細緻地展現出來，可以精確地定位到企業生產的流程中去找到相應的改進點，但是該軟體的普及有一定困難，而且軟體首次呈現的數據較為抽象，需要有經驗的相關人士進行數據的整合和轉化，想要直接推廣並應用於企業生產的生命周期評估還比較困難。由此看來，選擇何種方法去進行企業生產的生命周期評估也要視具體的問題和情形而定。

往期鏈接

2017年（第42卷）第5期

關於《測繪科學》

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！