有机垃圾处理设施的碳排放与碳减排如何核算？

2024-03-25 20:08

来源丨《CE碳科技》微信公众号

作者丨中城环境史波芬

整理丨中城环境程彩云

“以厨余垃圾厌氧发酵项目为例，厨余垃圾厌氧发酵过程中可以产生沼气、沼渣、粗油脂等副产物，经过进一步的加工利用，可以用于发电、供热、制备有机肥、生产生物柴油等，而这些资源化产品具备替代传统化石燃料生产和使用过程中排放的减排效益。”在 2024 年 3 月苏州召开的“第十一届厨余垃圾资源化利用论坛”上，中城院（北京）环境科技股份有限公司零碳研究院院长史波芬女士指出。

会上，她主要介绍了有机垃圾厌氧处理设施温室气体的核算边界和需要考虑因素，并结合《温室气体排放核算与报告标准有机垃圾厌氧处理厂》核算公式，以有机垃圾处理设施为例，评估整个设施是否实现碳减排，从而确定哪些环节在降碳方面具有优化潜力。

一、核心观点

有机垃圾资源化处理具备减排潜力。根据中国沼气学会预测，到 2030 年和 2060 年，我国有机垃圾可获得沼气生产潜力分别为 1690 亿m³和 3710 亿m³，仅从替代传统化石能源角度考虑，可实现减排 3.0 亿tCO₂e 和 6.6 亿tCO₂e。

目前的温室气体核算有区域层面、全生命周期层面、组织层面和项目减排层面，由于边界条件、考虑范围、核算方式不同，有机垃圾项目核算结果也是不一样，我们需要将温室气体核算放在同一个维度、同一个层级去比较。

以往有机垃圾的减排量是以填埋作为基准线对比的，减排效益考虑的是沼气资源化利用和避免填埋甲烷排放。随着我国原生垃圾“零填埋”的要求和行业发展趋势，以填埋作为基准线情景可能已不再适用。

有机垃圾厌氧处理设施温室气体排放核算不仅要考虑处理设施的直接排放，还应考虑能源/交通运输间、上下游之间的间接排放，以及对厌氧处理产生的沼气、沼渣、粗油脂等资源/能源产品回收利用时的碳补偿。

根据实际案例的测算数据分析，工艺的降本增效、产品的资源化程度、减少固渣产生量等对碳排量及减排量影响较明显。

目前虽然固废行业尚未具备参与 CCER 的条件。但排查设施家底，查缺补漏，未雨绸缪，完整记录设施运行的数据，确保数据真实、稳定、准确、可追溯是后续能参与温室气体核算的要素之一。

二、有机垃圾资源化处理具备减排潜力

作为生活垃圾的重要组成部分，有机垃圾是指日常生活垃圾中可分解的有机物质部分，包括食物残渣、菜根、菜叶，动物蹄、蛋壳、毛发、植物枝干、树叶、杂草、动物尸体、牲畜粪便等。通常情况下，厨余垃圾、园林垃圾、畜禽粪污等都属于有机垃圾的范畴。

有机垃圾资源化处理具备很强的减排潜力，这是由于一方面有机垃圾产生的是生物碳，与化石碳不同，生物在生长过程中吸收了大气中的二氧化碳，在作为燃料或工业原材料的使用过程中，虽然会再次把二氧化碳排放到大气中，但从生命周期的角度看能够实现二氧化碳的净零排放，具有“碳中性”。另一方面，有机垃圾资源化处理可以产生清洁能源替代化石燃料从而避免化石燃料使用排放。

以厨余垃圾厌氧发酵项目为例，厨余垃圾厌氧发酵过程中可以产生沼气、沼渣、粗油脂等副产物，经过进一步的加工利用，可以用于发电、供热、制备有机肥、生产生物柴油等，而这些资源化产品就产生了替代传统化石燃料生产和使用过程中排放的减排效益。

图1 厨余垃圾厌氧发酵项目工艺流程

根据中国沼气协会预测，到 2030 年和 2060 年，我国有机垃圾将产生的沼气潜力分别为 1690 亿m³和 3710 亿m³，仅从传统化石能源替代角度考虑，可实现减排 3.0 亿tCO₂e和 6.6 亿tCO₂e。因此，充分发挥有机垃圾资源化处理行业节能减碳积极作用，科学评估其温室气体排放及减排潜力具有重要意义。

图2 有机垃圾废弃物产沼减排量潜力

三、四大层面核算废弃物领域温室气体排放

对于废弃物领域/有机垃圾温室气体核算，由于边界条件、考虑范围、核算方式不同，其核算结果也是不一样，因此，我们发现，即使是类似的项目，其温室气体排放或减排量也存在较大的差距。根本原因在于目前大家并没有将温室气体核算放在同一个维度或同一个层级去比较。目前国家的温室气体排放可以从区域层面、全生命周期层面、组织层面和项目减排层面四个维度去理解与核算。

图3 废弃物领域不同层面的温室气体核算

1. 区域层面核算

区域核算以国家、省、市等区域为核算主体，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布的《2006年IPCC国家温室气体清单指南》是典型的区域层面核算指南。

需要指出，区域层面核算，仅核算了由垃圾组分转化为二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH4）和氧化亚氮（N₂O）的直接排放，并未考虑处理设施运营过程中外购电力、化石燃料燃烧、废水处理以及外购原材料等环节产生的间接排放。区域层面的核算主要用在统计某个区域范围内的各行业排放量，因此关注重点在废弃物本身产生的排放，不与其他行业交叉重复统计。

2. 全生命周期层面核算

全生命周期碳核算通常是以产品碳足迹的核算更为常见，范围从原材料获取到产品离开生产组织过程（从“摇篮”到“大门”），或从原材料获取到废弃处置的全生命周期（从“摇篮”到“坟墓”）为核算边界。其核算指南包括：《PAS 2050：产品与服务生命周期温室气体排放的评价规范》、《GHG Protocol产品生命周期核算与报告标准》以及《ISO 14067产品碳足迹量化与交流的要求与指导技术规范》等。

考虑到废弃物的特殊性，从生命周期的角度分析，其核算环节为废弃物从收集、运输、回收利用到终端处置的全过程。但目前还未有针对固体废物全过程管理的核算方法指南和规范，在开展核算时通常参考产品生命周期碳核算方法。

3. 组织层面核算

组织层面的核算一般以企业、机构等组织为核算主体，如行业经常说的八大控排企业的碳排放核算。组织层面核算理论上应纳入与企业活动相关的所有温室气体排放，但参考《GHG Protocol 温室气体核算体系》和 ISO 14064-1 系列标准，目前我国组织层面核算主要考虑了范围一和范围二的排放，即直接排放和能源间接排放，未来会将范围三也就是产业链上游及下游的温室气体进一步的纳入。

4. 项目减排层面核算

项目减排层面是核算实施某个项目后带来的碳减排量。项目减排核算是对比分析的结果，需要与基准线情景做比较，这就涉及到方法学、CCER、碳信用等问题。对于废弃物处置项目行业更关注的即为项目减排层面的核算。

以之前备案的临沂、南宁 200 t/d 餐厨项目为例，每年减排量预计在 39336~43866 tCO₂e，折合每吨垃圾减排量约 0.65~0.73 tCO₂e。值得一提的是，这两个项目减排量是以填埋作为基准线对比的，减排效益考虑的是沼气资源化利用和避免填埋甲烷排放。而随着我国原生垃圾“零填埋”发展趋势，这种以填埋作为基准线情景已不再实用。

对于项目减排层面，2023 年生态环境部重启的自愿减排机制（CCER）后首发的四个方法学分别为：并网光热发电、并网海上风力发电、造林碳汇和红树林营造。有机废弃物处理产生的甲烷利用是否能在第二批或第三批方法学中出现，或者是否未来还能参与自愿减排市场的交易，目前存在很多不同见解的声音。

图4 废弃物领域项目减排层面核算

四、有机垃圾厌氧处理设施温室气体核算边界的确定

虽然有机垃圾处理设施不属于控排行业没有温室气体排放核算的强制要求，也暂不具备参加自愿减排市场的条件，但在双碳发展背景下我们对有机垃圾处理设施进行全面的梳理，也形成了目前即将发布的行业首部有机垃圾处理设施温室气体团体标准《温室气体排放核算与报告标准有机垃圾厌氧处理厂》。

有机垃圾厌氧处理设施的温室气体排放核算不仅要考虑处理设施的直接排放，还应考虑能源/交通运输间、上下游之间的间接排放，以及对沼气、沼渣、粗油脂等资源/能源产品回收利用时的碳补偿。

具体来说，直接排放范畴：厌氧过程直接导致泄露排放；火炬未完全燃烧产生的排放；化石燃料产生的排放。

图5 厌氧消化企业核算边界分析

间接排放范畴：

（1）能源间接温室气体排放：主要是指外购电力和热力产生的碳排放，如厂区锅炉燃料外购采用能源；

（2）交通运输间接温室气体排放：主要是指原材料运输过程中产生的排放，如有机垃圾厌氧消化产生的沼渣、杂质，外送过程中产生的碳排放；

（3）企业使用产品的间接温室气体排放：主要是指外购原材料产生的排放，如为了使厂区污水达标排放，处置过程中添加的药剂，由于外购药剂量不同，产生的碳排放也不相同；

（4）与使用企业产品相关的间接温室气体排放：主要是指厂区污水处理产生的排放、沼渣处理（堆肥）产生的排放、杂质处理（焚烧等）产生的排放、有机肥使用过程产生的排放、生物柴油使用过程产生的排放。

这是因为污水净化和处理过程中，会伴随着 CH₄、氧化亚氮 N₂O 等温室气体的释放；沼渣堆肥过程中，微生物分解会释放 CO₂ 等温室气体；此外，杂质处理过程中，如采用焚烧等方式，会直接导致大量 CO₂ 和其他温室气体的排放。生物柴油的使用过程中，尽管其本身是作为一种可再生能源，但在其生产和使用链中仍会产生一定的温室气体排放。

这些与使用企业产品相关的间接温室气体排放，无论是厌氧企业自身处置，还是交付下游环节处置，所排放的温室气体都纳入设施核算的边界考虑中。

综上所述，相对于直接排放，鉴于间接排放涉及的因素较多、考虑范畴较广，又牵涉到上下游环节的排放，温室气体核算相对较复杂。根据国际温室气体核算通行的大原则，对于数据较难获取，且其产生的温室气体排放量占比小于 1% 的不重要间接排放源可以舍弃，项目累计排放舍弃总量需小于 5%。

图6 厌氧消化企业核算边界分析（灰色舍弃）

结合大量项目中使用各类能源、原材料及药剂消耗等的经验数据进行详细计算，再选择数据难以获取、自身产生的排放占比＜1%的不重要间接排放源将其舍弃，整体舍弃占比不得超过5%（本核算累计舍弃排放占比约 2.7%）之后，得出优化后的有机垃圾厌氧处理温室气体核算边界，如图 7 所示，包括直接排放、间接排放、碳减排和碳补偿涉及的范畴。

图7 厌氧消化企业优化后的核算边界

五、温室气体排放核算案例

以两个有机垃圾厌氧处理项目为例，将项目数据代入标准中进行核算。

1. 核算案例一

该项目核算边界条件：①污水处理需满足地表排放标准，因此其排放标准尤为严格；②固渣脱水后运至焚烧厂进行焚烧处理；③粗油脂实现深度资源化利用；④厌氧产生的沼气在厂内用于发电或自用。

图8 有机垃圾厌氧消化温室气体核算案例一

测算结果显示，由于沼气全部自用，外购能源需求相对较少，所以外购热力排放为 0。同时，外购原材料占比较大，如碳源和药剂等，这与污水处理达到高标准的排放直接相关，也间接说明了其排放量较大。

此外，工艺的特点导致杂质出渣率较高，固渣焚烧过程中碳排放占比较大；在生物柴油方面，由于进行了深度加工核算，每年粗油脂回收的碳补偿约占 10 万吨，而项目年排放总量约为 14 万吨。若未来能进一步拓展固渣资源化利用途径，减排量有望增加，实现碳排放与碳减排的平衡目标。

目前厌氧处理过程直接排放中沼气是按照国际通用 5% 泄露测算的，未来若有检测厂家提供更好的密闭化手段使泄露率小于 5%，这个环节直接排放也能大幅度下降。

2. 核算案例二

项目边界条件①污水外排至下游的渗滤处理厂集中处置；②杂质和固渣脱水后送往焚烧厂处理；③厌氧发酵产生的沼气主要用于厂区供热，不发电，剩余部分则通过火炬燃烧排放。

图9 有机垃圾厌氧消化温室气体核算案例二

本项目数据在实际运行中部分数据缺失，且无资源化产品，其测算结果显示：由于剩余沼气通过火炬燃烧排放，甲烷在火炬中的的不完全燃烧产生的温室气体排放占比高达 15.2%，同时由于该项目的工艺设备选择导致其出渣量偏高，核算后杂质处理产生的温室气体排放占比高达 63.5%。

综上，以实际的核算案例与数据进行分析，可以看出温室气体排放数据的占比与行业目前主流工艺的发展方向及设施考核的要点基本一致。①工艺处理的降本增效是本质；②出渣率、沼渣、沼气、油脂等资源化利用方式及程度对碳减排量影响较大，资源化程度越深、水平越高，对碳减排影响越大，这就需要我们不断提高工艺水平，尽可能减少出渣率，提升沼渣、沼气、油脂资源化利用水平；③目前虽然固废行业尚未具备参与 CCER 的条件。但排查设施自家家底，查缺补漏未雨绸缪，完整记录设施运行的数据，确保数据真实、稳定、准确、可追溯是后续能参与温室气体核算的要素之一。