有機(jī)垃圾處理設(shè)施的碳排放與碳減排如何核算?

文章來源:中城環(huán)境史波芬2024-03-26 08:55

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“以廚余垃圾厭氧發(fā)酵項(xiàng)目為例,廚余垃圾厭氧發(fā)酵過程中可以產(chǎn)生沼氣、沼渣、粗油脂等副產(chǎn)物,經(jīng)過進(jìn)一步的加工利用,可以用于發(fā)電、供熱、制備有機(jī)肥、生產(chǎn)生物柴油等,而這些資源化產(chǎn)品具備替代傳統(tǒng)化石燃料生產(chǎn)和使用過程中排放的減排效益。”在 2024 年 3 月蘇州召開的“第十一屆廚余垃圾資源化利用論壇”上,中城院(北京)環(huán)境科技股份有限公司零碳研究院院長(zhǎng)史波芬女士指出。

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會(huì)上,她主要介紹了有機(jī)垃圾厭氧處理設(shè)施溫室氣體的核算邊界和需要考慮因素,并結(jié)合《溫室氣體排放核算與報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)垃圾厭氧處理廠》核算公式,以有機(jī)垃圾處理設(shè)施為例,評(píng)估整個(gè)設(shè)施是否實(shí)現(xiàn)碳減排,從而確定哪些環(huán)節(jié)在降碳方面具有優(yōu)化潛力。

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一、核心觀點(diǎn)

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有機(jī)垃圾資源化處理具備減排潛力。根據(jù)中國沼氣學(xué)會(huì)預(yù)測(cè),到 2030 年和 2060 年,我國有機(jī)垃圾可獲得沼氣生產(chǎn)潛力分別為 1690 億m3和 3710 億m3,僅從替代傳統(tǒng)化石能源角度考慮,可實(shí)現(xiàn)減排 3.0 億tCO2e 和 6.6 億tCO2e。 本文`內(nèi)-容-來-自;中_國_碳_交^易=網(wǎng) tan pa i fa ng . c om

目前的溫室氣體核算有區(qū)域?qū)用?、全生命周期層面、組織層面和項(xiàng)目減排層面,由于邊界條件、考慮范圍、核算方式不同,有機(jī)垃圾項(xiàng)目核算結(jié)果也是不一樣,我們需要將溫室氣體核算放在同一個(gè)維度、同一個(gè)層級(jí)去比較。

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以往有機(jī)垃圾的減排量是以填埋作為基準(zhǔn)線對(duì)比的,減排效益考慮的是沼氣資源化利用和避免填埋甲烷排放。隨著我國原生垃圾“零填埋”的要求和行業(yè)發(fā)展趨勢(shì),以填埋作為基準(zhǔn)線情景可能已不再適用。 本+文+內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放(交—易^網(wǎng)-tan pai fang . com

有機(jī)垃圾厭氧處理設(shè)施溫室氣體排放核算不僅要考慮處理設(shè)施的直接排放,還應(yīng)考慮能源/交通運(yùn)輸間、上下游之間的間接排放,以及對(duì)厭氧處理產(chǎn)生的沼氣、沼渣、粗油脂等資源/能源產(chǎn)品回收利用時(shí)的碳補(bǔ)償。

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根據(jù)實(shí)際案例的測(cè)算數(shù)據(jù)分析,工藝的降本增效、產(chǎn)品的資源化程度、減少固渣產(chǎn)生量等對(duì)碳排量及減排量影響較明顯。

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目前雖然固廢行業(yè)尚未具備參與 CCER 的條件。但排查設(shè)施家底,查缺補(bǔ)漏,未雨綢繆,完整記錄設(shè)施運(yùn)行的數(shù)據(jù),確保數(shù)據(jù)真實(shí)、穩(wěn)定、準(zhǔn)確、可追溯是后續(xù)能參與溫室氣體核算的要素之一。

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二、有機(jī)垃圾資源化處理具備減排潛力 內(nèi).容.來.自:中`國`碳#排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai f an g.com

作為生活垃圾的重要組成部分,有機(jī)垃圾是指日常生活垃圾中可分解的有機(jī)物質(zhì)部分,包括食物殘?jiān)?、菜根、菜葉,動(dòng)物蹄、蛋殼、毛發(fā)、植物枝干、樹葉、雜草、動(dòng)物尸體、牲畜糞便等。通常情況下,廚余垃圾、園林垃圾、畜禽糞污等都屬于有機(jī)垃圾的范疇。 本+文+內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放(交—易^網(wǎng)-tan pai fang . com

有機(jī)垃圾資源化處理具備很強(qiáng)的減排潛力,這是由于一方面有機(jī)垃圾產(chǎn)生的是生物碳,與化石碳不同,生物在生長(zhǎng)過程中吸收了大氣中的二氧化碳,在作為燃料或工業(yè)原材料的使用過程中,雖然會(huì)再次把二氧化碳排放到大氣中,但從生命周期的角度看能夠?qū)崿F(xiàn)二氧化碳的凈零排放,具有“碳中性”。另一方面,有機(jī)垃圾資源化處理可以產(chǎn)生清潔能源替代化石燃料從而避免化石燃料使用排放。

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以廚余垃圾厭氧發(fā)酵項(xiàng)目為例,廚余垃圾厭氧發(fā)酵過程中可以產(chǎn)生沼氣、沼渣、粗油脂等副產(chǎn)物,經(jīng)過進(jìn)一步的加工利用,可以用于發(fā)電、供熱、制備有機(jī)肥、生產(chǎn)生物柴油等,而這些資源化產(chǎn)品就產(chǎn)生了替代傳統(tǒng)化石燃料生產(chǎn)和使用過程中排放的減排效益。

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圖1 廚余垃圾厭氧發(fā)酵項(xiàng)目工藝流程

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根據(jù)中國沼氣協(xié)會(huì)預(yù)測(cè),到 2030 年和 2060 年,我國有機(jī)垃圾將產(chǎn)生的沼氣潛力分別為 1690 億m3和 3710 億m3,僅從傳統(tǒng)化石能源替代角度考慮,可實(shí)現(xiàn)減排 3.0 億tCO2e和 6.6 億tCO2e。因此,充分發(fā)揮有機(jī)垃圾資源化處理行業(yè)節(jié)能減碳積極作用,科學(xué)評(píng)估其溫室氣體排放及減排潛力具有重要意義。 內(nèi).容.來.自:中`國*碳-排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fa ng.com

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圖2 有機(jī)垃圾廢棄物產(chǎn)沼減排量潛力 本`文@內(nèi)-容-來-自;中^國_碳0排0放^交-易=網(wǎng) ta n pa i fa ng . co m

三、四大層面核算廢棄物領(lǐng)域溫室氣體排放

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對(duì)于廢棄物領(lǐng)域/有機(jī)垃圾溫室氣體核算,由于邊界條件、考慮范圍、核算方式不同,其核算結(jié)果也是不一樣,因此,我們發(fā)現(xiàn),即使是類似的項(xiàng)目,其溫室氣體排放或減排量也存在較大的差距。根本原因在于目前大家并沒有將溫室氣體核算放在同一個(gè)維度或同一個(gè)層級(jí)去比較。目前國家的溫室氣體排放可以從區(qū)域?qū)用?、全生命周期層面、組織層面和項(xiàng)目減排層面四個(gè)維度去理解與核算。 禸*嫆唻@洎:狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńpāīfāńɡ.cōm

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圖3 廢棄物領(lǐng)域不同層面的溫室氣體核算

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1. 區(qū)域?qū)用婧怂?夲呅內(nèi)傛萊源?。骇鎲┨?排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm

區(qū)域核算以國家、省、市等區(qū)域?yàn)楹怂阒黧w,聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)發(fā)布的《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》是典型的區(qū)域?qū)用婧怂阒改稀?

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需要指出,區(qū)域?qū)用婧怂?,僅核算了由垃圾組分轉(zhuǎn)化為二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)的直接排放,并未考慮處理設(shè)施運(yùn)營過程中外購電力、化石燃料燃燒、廢水處理以及外購原材料等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的間接排放。區(qū)域?qū)用娴暮怂阒饕迷诮y(tǒng)計(jì)某個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)的各行業(yè)排放量,因此關(guān)注重點(diǎn)在廢棄物本身產(chǎn)生的排放,不與其他行業(yè)交叉重復(fù)統(tǒng)計(jì)。 本+文內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

2. 全生命周期層面核算 本*文@內(nèi)-容-來-自;中_國_碳^排-放*交-易^網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

全生命周期碳核算通常是以產(chǎn)品碳足跡的核算更為常見,范圍從原材料獲取到產(chǎn)品離開生產(chǎn)組織過程(從“搖籃”到“大門”),或從原材料獲取到廢棄處置的全生命周期(從“搖籃”到“墳?zāi)?rdquo;)為核算邊界。其核算指南包括:《PAS 2050:產(chǎn)品與服務(wù)生命周期溫室氣體排放的評(píng)價(jià)規(guī)范》、《GHG Protocol產(chǎn)品生命周期核算與報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)》以及《ISO 14067產(chǎn)品碳足跡量化與交流的要求與指導(dǎo)技術(shù)規(guī)范》等。 夲呅內(nèi)傛萊源亍:ф啯碳*排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm

考慮到廢棄物的特殊性,從生命周期的角度分析,其核算環(huán)節(jié)為廢棄物從收集、運(yùn)輸、回收利用到終端處置的全過程。但目前還未有針對(duì)固體廢物全過程管理的核算方法指南和規(guī)范,在開展核算時(shí)通常參考產(chǎn)品生命周期碳核算方法。 本`文內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com

3. 組織層面核算

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組織層面的核算一般以企業(yè)、機(jī)構(gòu)等組織為核算主體,如行業(yè)經(jīng)常說的八大控排企業(yè)的碳排放核算。組織層面核算理論上應(yīng)納入與企業(yè)活動(dòng)相關(guān)的所有溫室氣體排放,但參考《GHG Protocol 溫室氣體核算體系》和 ISO 14064-1 系列標(biāo)準(zhǔn),目前我國組織層面核算主要考慮了范圍一和范圍二的排放,即直接排放和能源間接排放,未來會(huì)將范圍三也就是產(chǎn)業(yè)鏈上游及下游的溫室氣體進(jìn)一步的納入。

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4. 項(xiàng)目減排層面核算 內(nèi)-容-來-自;中_國_碳_0排放¥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

項(xiàng)目減排層面是核算實(shí)施某個(gè)項(xiàng)目后帶來的碳減排量。項(xiàng)目減排核算是對(duì)比分析的結(jié)果,需要與基準(zhǔn)線情景做比較,這就涉及到方法學(xué)、CCER、碳信用等問題。對(duì)于廢棄物處置項(xiàng)目行業(yè)更關(guān)注的即為項(xiàng)目減排層面的核算。

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以之前備案的臨沂、南寧 200 t/d 餐廚項(xiàng)目為例,每年減排量預(yù)計(jì)在 39336~43866 tCO2e,折合每噸垃圾減排量約 0.65~0.73 tCO2e。值得一提的是,這兩個(gè)項(xiàng)目減排量是以填埋作為基準(zhǔn)線對(duì)比的,減排效益考慮的是沼氣資源化利用和避免填埋甲烷排放。而隨著我國原生垃圾“零填埋”發(fā)展趨勢(shì),這種以填埋作為基準(zhǔn)線情景已不再實(shí)用。

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對(duì)于項(xiàng)目減排層面,2023 年生態(tài)環(huán)境部重啟的自愿減排機(jī)制(CCER)后首發(fā)的四個(gè)方法學(xué)分別為:并網(wǎng)光熱發(fā)電、并網(wǎng)海上風(fēng)力發(fā)電、造林碳匯和紅樹林營造。有機(jī)廢棄物處理產(chǎn)生的甲烷利用是否能在第二批或第三批方法學(xué)中出現(xiàn),或者是否未來還能參與自愿減排市場(chǎng)的交易,目前存在很多不同見解的聲音。 夲呅內(nèi)傛萊源亍:ф啯碳*排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm

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圖4 廢棄物領(lǐng)域項(xiàng)目減排層面核算

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四、有機(jī)垃圾厭氧處理設(shè)施溫室氣體核算邊界的確定 禸嫆@唻洎:狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńpāīfāńɡ.cōm

雖然有機(jī)垃圾處理設(shè)施不屬于控排行業(yè)沒有溫室氣體排放核算的強(qiáng)制要求,也暫不具備參加自愿減排市場(chǎng)的條件,但在雙碳發(fā)展背景下我們對(duì)有機(jī)垃圾處理設(shè)施進(jìn)行全面的梳理,也形成了目前即將發(fā)布的行業(yè)首部有機(jī)垃圾處理設(shè)施溫室氣體團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《溫室氣體排放核算與報(bào)告標(biāo)準(zhǔn) 有機(jī)垃圾厭氧處理廠》。

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有機(jī)垃圾厭氧處理設(shè)施的溫室氣體排放核算不僅要考慮處理設(shè)施的直接排放,還應(yīng)考慮能源/交通運(yùn)輸間、上下游之間的間接排放,以及對(duì)沼氣、沼渣、粗油脂等資源/能源產(chǎn)品回收利用時(shí)的碳補(bǔ)償。

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具體來說,直接排放范疇:厭氧過程直接導(dǎo)致泄露排放;火炬未完全燃燒產(chǎn)生的排放;化石燃料產(chǎn)生的排放。 本*文`內(nèi)/容/來/自:中-國-碳^排-放“交|易^網(wǎng)-tan pai fang . c o m

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圖5 厭氧消化企業(yè)核算邊界分析 本文+內(nèi)-容-來-自;中^國_碳+排.放_(tái)交^易=網(wǎng) t a n pa ifa ng .c om

間接排放范疇: 本`文-內(nèi).容.來.自:中`國^碳`排*放*交^易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

(1)能源間接溫室氣體排放:主要是指外購電力和熱力產(chǎn)生的碳排放,如廠區(qū)鍋爐燃料外購采用能源;

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(2)交通運(yùn)輸間接溫室氣體排放:主要是指原材料運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的排放,如有機(jī)垃圾厭氧消化產(chǎn)生的沼渣、雜質(zhì),外送過程中產(chǎn)生的碳排放;

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(3)企業(yè)使用產(chǎn)品的間接溫室氣體排放:主要是指外購原材料產(chǎn)生的排放,如為了使廠區(qū)污水達(dá)標(biāo)排放,處置過程中添加的藥劑,由于外購藥劑量不同,產(chǎn)生的碳排放也不相同;

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(4)與使用企業(yè)產(chǎn)品相關(guān)的間接溫室氣體排放:主要是指廠區(qū)污水處理產(chǎn)生的排放、沼渣處理(堆肥)產(chǎn)生的排放、雜質(zhì)處理(焚燒等)產(chǎn)生的排放、有機(jī)肥使用過程產(chǎn)生的排放、生物柴油使用過程產(chǎn)生的排放。 本+文+內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com

這是因?yàn)槲鬯畠艋吞幚磉^程中,會(huì)伴隨著 CH4、氧化亞氮 N2O 等溫室氣體的釋放;沼渣堆肥過程中,微生物分解會(huì)釋放 CO2 等溫室氣體;此外,雜質(zhì)處理過程中,如采用焚燒等方式,會(huì)直接導(dǎo)致大量 CO2 和其他溫室氣體的排放。生物柴油的使用過程中,盡管其本身是作為一種可再生能源,但在其生產(chǎn)和使用鏈中仍會(huì)產(chǎn)生一定的溫室氣體排放。 本*文`內(nèi)/容/來/自:中-國-碳^排-放“交|易^網(wǎng)-tan pai fang . c o m

這些與使用企業(yè)產(chǎn)品相關(guān)的間接溫室氣體排放,無論是厭氧企業(yè)自身處置,還是交付下游環(huán)節(jié)處置,所排放的溫室氣體都納入設(shè)施核算的邊界考慮中。

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綜上所述,相對(duì)于直接排放,鑒于間接排放涉及的因素較多、考慮范疇較廣,又牽涉到上下游環(huán)節(jié)的排放,溫室氣體核算相對(duì)較復(fù)雜。根據(jù)國際溫室氣體核算通行的大原則,對(duì)于數(shù)據(jù)較難獲取,且其產(chǎn)生的溫室氣體排放量占比小于 1% 的不重要間接排放源可以舍棄,項(xiàng)目累計(jì)排放舍棄總量需小于 5%。

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圖6 厭氧消化企業(yè)核算邊界分析(灰色舍棄) 本`文@內(nèi)/容/來/自:中-國^碳-排-放^*交*易^網(wǎng)-tan pai fang. com

結(jié)合大量項(xiàng)目中使用各類能源、原材料及藥劑消耗等的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算,再選擇數(shù)據(jù)難以獲取、自身產(chǎn)生的排放占比<1%的不重要間接排放源將其舍棄,整體舍棄占比不得超過5%(本核算累計(jì)舍棄排放占比約 2.7%)之后,得出優(yōu)化后的有機(jī)垃圾厭氧處理溫室氣體核算邊界,如圖 7 所示,包括直接排放、間接排放、碳減排和碳補(bǔ)償涉及的范疇。

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 圖7 厭氧消化企業(yè)優(yōu)化后的核算邊界 本*文@內(nèi)-容-來-自;中_國_碳^排-放*交-易^網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

五、溫室氣體排放核算案例 內(nèi)-容-來-自;中_國_碳_0排放¥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

以兩個(gè)有機(jī)垃圾厭氧處理項(xiàng)目為例,將項(xiàng)目數(shù)據(jù)代入標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行核算。 夲呅內(nèi)傛萊源?。骇鎲┨?排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm

1. 核算案例一 本`文-內(nèi).容.來.自:中`國^碳`排*放*交^易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

該項(xiàng)目核算邊界條件:①污水處理需滿足地表排放標(biāo)準(zhǔn),因此其排放標(biāo)準(zhǔn)尤為嚴(yán)格;②固渣脫水后運(yùn)至焚燒廠進(jìn)行焚燒處理;③粗油脂實(shí)現(xiàn)深度資源化利用;④厭氧產(chǎn)生的沼氣在廠內(nèi)用于發(fā)電或自用。 本`文內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com

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圖8 有機(jī)垃圾厭氧消化溫室氣體核算案例一

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測(cè)算結(jié)果顯示,由于沼氣全部自用,外購能源需求相對(duì)較少,所以外購熱力排放為 0。同時(shí),外購原材料占比較大,如碳源和藥劑等,這與污水處理達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)的排放直接相關(guān),也間接說明了其排放量較大。

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此外,工藝的特點(diǎn)導(dǎo)致雜質(zhì)出渣率較高,固渣焚燒過程中碳排放占比較大;在生物柴油方面,由于進(jìn)行了深度加工核算,每年粗油脂回收的碳補(bǔ)償約占 10 萬噸,而項(xiàng)目年排放總量約為 14 萬噸。若未來能進(jìn)一步拓展固渣資源化利用途徑,減排量有望增加,實(shí)現(xiàn)碳排放與碳減排的平衡目標(biāo)。

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目前厭氧處理過程直接排放中沼氣是按照國際通用 5% 泄露測(cè)算的,未來若有檢測(cè)廠家提供更好的密閉化手段使泄露率小于 5%,這個(gè)環(huán)節(jié)直接排放也能大幅度下降。

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2. 核算案例二

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項(xiàng)目邊界條件①污水外排至下游的滲濾處理廠集中處置;②雜質(zhì)和固渣脫水后送往焚燒廠處理;③厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣主要用于廠區(qū)供熱,不發(fā)電,剩余部分則通過火炬燃燒排放。 本`文-內(nèi).容.來.自:中`國^碳`排*放*交^易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

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圖9 有機(jī)垃圾厭氧消化溫室氣體核算案例二

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本項(xiàng)目數(shù)據(jù)在實(shí)際運(yùn)行中部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失,且無資源化產(chǎn)品,其測(cè)算結(jié)果顯示:由于剩余沼氣通過火炬燃燒排放,甲烷在火炬中的的不完全燃燒產(chǎn)生的溫室氣體排放占比高達(dá) 15.2%,同時(shí)由于該項(xiàng)目的工藝設(shè)備選擇導(dǎo)致其出渣量偏高,核算后雜質(zhì)處理產(chǎn)生的溫室氣體排放占比高達(dá) 63.5%。 本`文@內(nèi)/容/來/自:中-國^碳-排-放^*交*易^網(wǎng)-tan pai fang. com

綜上,以實(shí)際的核算案例與數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可以看出溫室氣體排放數(shù)據(jù)的占比與行業(yè)目前主流工藝的發(fā)展方向及設(shè)施考核的要點(diǎn)基本一致。①工藝處理的降本增效是本質(zhì);②出渣率、沼渣、沼氣、油脂等資源化利用方式及程度對(duì)碳減排量影響較大,資源化程度越深、水平越高,對(duì)碳減排影響越大,這就需要我們不斷提高工藝水平,盡可能減少出渣率,提升沼渣、沼氣、油脂資源化利用水平;③目前雖然固廢行業(yè)尚未具備參與 CCER 的條件。但排查設(shè)施自家家底,查缺補(bǔ)漏未雨綢繆,完整記錄設(shè)施運(yùn)行的數(shù)據(jù),確保數(shù)據(jù)真實(shí)、穩(wěn)定、準(zhǔn)確、可追溯是后續(xù)能參與溫室氣體核算的要素之一。 本文@內(nèi)/容/來/自:中-國-碳^排-放-交易&*網(wǎng)-tan pai fang . com

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