魯頤瓊

（神華集團有限責任公司環(huán)境保護部，北京市東城區(qū)，100011）

我國黑碳區(qū)域排放估算與分析

魯頤瓊

（神華集團有限責任公司環(huán)境保護部，北京市東城區(qū)，100011）

黑碳主要是含碳物質(zhì)不完全燃燒產(chǎn)生的不定型碳質(zhì)，對太陽輻射有強烈吸收作用。本文在分析比較的基礎上，選用了近年來發(fā)表的行業(yè)黑碳排放因子，根據(jù)能源消費構(gòu)成情況，估算了2012年全國各省市不同排放源的黑碳排放量及排放強度分布，并對京津冀及周邊地區(qū)等黑碳排放較高省份的行業(yè)分布做了具體分析。

黑碳 年排放總量 年平均排放源強 中國

在大氣PM2.5各化學組分中，黑碳 （Black Carbon）氣溶膠被認為對氣候變化和人體健康具有顯著影響。其尺度主要在0.01～1.0μm，典型形態(tài)是具有鏈式球形小粒子，其主要成分為含碳物質(zhì)不完全燃燒產(chǎn)生的不定型碳質(zhì)，不會由大氣中其他的化學反應過程生成或清除。除了富含C元素外，還含有地殼粒子元素，如Si、Fe、K和 Mn等，黑碳粒子的表面還可以吸附一些污染物質(zhì)，如SO2、O3等，以及一些有毒、有害物質(zhì)如多環(huán)芳烴族 （可致癌、致畸、致突變），這些物質(zhì)可經(jīng)呼吸系統(tǒng)進入人體從而影響人體健康，故其越來越受到大氣污染防治研究的關注。監(jiān)測、探究黑碳排放量及其與能源消費的關系對于環(huán)境質(zhì)量和氣候變化的科學研究及對策制定都具有重要意義。

直接測量黑碳氣溶膠的排放量較為困難，現(xiàn)行的方法通常是由實驗室得到排放因子，即從燃燒物質(zhì)和排放的黑碳氣溶膠推算燃燒物質(zhì)量與排放量之間的關系，然后應用該排放因子推算黑碳氣溶膠的排放量。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）報告給出2000年全球化石燃料燃燒排放的黑碳氣溶膠為660萬t／a（范圍600～800萬t／a），還給出了年平均黑碳源強的全球分布（如圖1）。根據(jù)報告，中國的東部 （0.05～0.1 kg／（km2·h））是全球4個年平均黑碳排放的極大值源強區(qū)之一，最大的源強位于歐洲 （0.2～0.5 kg／（km2·h）），另兩個排放源分別位于南美洲和非洲 （0.02～0.05 kg／ （km2·h））。歐洲1995-1998年平均排放黑碳48.2～51.1萬t。印度1996-1999年平均化石燃料黑碳排放量為10萬t，其中58%來自柴油機排放。

圖1 人為排放黑碳氣溶膠全球平均源強

我國的能源結(jié)構(gòu)以煤為主，原煤燃燒過程是排放黑碳的主要來源，另外我國部分農(nóng)村有燃燒農(nóng)作物秸稈的習慣，其燃燒過程會向大氣排放黑碳顆粒物，也是生物源排放的主要來源之一。斯特里茨（Streets）等曾估算了中國1995年和2020年的黑碳排放量為134.2萬t和105萬t，減少的量一半源于能源結(jié)構(gòu)的改變。為獲取較為準確的黑碳排放估算結(jié)果，本文根據(jù)國內(nèi)2014年最新的全國及各省份能源統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行計算和分析。

1 估算方法

1.1 確定黑碳排放因子

確定黑碳排放量，關鍵是確定黑碳的排放因子。根據(jù)行業(yè)和技術(shù)的不同，黑碳的排放因子差別也較大。表1給出了本文綜合各文獻的燃燒試驗所選取的黑碳排放因子。

表1 綜合各文獻所得的黑碳排放因子

由于各種行業(yè)所采用的能源品種不同，技術(shù)不同，導致黑碳的排放因子選取差別較大。本文所選取的黑碳排放因子中等偏高，作為現(xiàn)實黑碳排放的保守估計。例如工業(yè)當中，由于燃燒效率、處理裝置以及燃料不同導致黑碳排放因子的估計非常復雜，但由于處理裝置的普及程度比生活消費高很多，故排放因子較低，本文選取值如表1所示；而在電力行業(yè)，由于普遍采用的是煤粉燃燒技術(shù)，且有較為完善的末端治理措施，故火電的黑碳排放因子非常小，大部分黑碳排放來自于燃油發(fā)電的排放；交通行業(yè)的黑碳排放因子是根據(jù)燃油品種的不同而不同，柴油較高，選取1.1，汽油選取0.08；生活消費等終端消費的黑碳排放因子較高，這是由于燃燒效率較低且處理水平不高，故各種燃料的排放因子都選取了較高值。

1.2 估算排放量

對照各行業(yè)所用燃料及技術(shù)的黑碳排放因子，與各年的能源活動消費量相乘并加和，可以得到黑碳的排放總量。本文根據(jù) 《中國能源統(tǒng)計年鑒2013》的能源統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算了除西藏、臺灣外各省份來自能源消費量的黑碳排放量及排放源強。

2 估算結(jié)果及分析

2.1 各省份排放總量

根據(jù)各行業(yè)的黑碳排放因子以及各年份能源消費統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算了2012年各省黑碳的排放清單，結(jié)果如下示：

北京3.61萬t；天津2.42萬t；

河北29.07萬t；山西15.92萬t；

內(nèi)蒙21.16萬t；遼寧11.69；

吉林4.77萬t；黑龍江7.81萬t；

上海3.89萬t；江蘇8.43萬t；

浙江2.81萬t；安徽3.94萬t；

福建2.82萬t；江西3.34萬t；

山東21.49萬t；河南11.89萬t；

湖北10.36萬t；湖南7.74萬t；

廣東4.03萬t；廣西3.19萬t；

海南0.34萬；重慶3.26萬；

四川6.45萬；貴州11.70萬；

云南6.47萬；陜西6.78萬；

甘肅4.69萬；青海1.38萬；

寧夏1.50萬；新疆4.54萬。

利用排放因子所計算的黑碳各省排放量由高到低做柱狀圖進行比較，如圖2所示。

由圖2中可以看到，2012年黑碳排放總量前五名的省份分別是河北、山東、內(nèi)蒙古、山西和河南。其中河北省的黑碳排放總量最高，為29.07萬t，主要來源是焦炭燃燒，其次是煤炭燃燒；山東、內(nèi)蒙古、山西和河南的排放總量分別為21.49萬t、21.16萬t、15.92萬t和11.89萬t，排放量主要來自于煤炭的燃燒排放，其次是焦炭燃燒排放；北京的排放總量為3.6萬t，其中來自于煤炭燃燒排放為2.75萬t，為主要來源因素；天津排放總量較低，為2.4萬t，焦炭和煤炭分別為主要來源。

圖2 2012年我國各省各種排放源的黑碳排放情況

2.2 各省份排放源強

由于各省份面積不同，而黑碳的環(huán)境效應跟濃度、地理、氣候等因素相關，故將各省2012年的黑碳排放量除以省份面積和小時數(shù)，得到每小時單位平方千米的面積上黑碳的排放強度如下：

將不同排放強度用不同深淺顏色表現(xiàn)，得到黑碳排放強度分布圖，如圖3所示。

圖3 我國2012年各省市平均人為黑碳排放源強

由上述各地黑碳排放強度和圖3可以看出，上海的排放源強最高，為0.7043 kg／（km2·h），其能源消耗總量較大，主要黑碳排放來源是煤炭、焦炭、燃料油、柴油和煤油的燃燒排放；其余排放強度較高的省份由高到低分別為北京、天津、河北、山東、山西、江蘇、遼寧、河南、貴州、湖北排放強度范圍為0.064～0.245 kg／ （km2·h），可見京津冀及周邊地區(qū)的排放源強普遍較高。

3 結(jié)論

本文引用國內(nèi)外近年來發(fā)表的分行業(yè)黑碳排放因子，估算了2012年間全國各省黑碳排放量及排放源強分布，為研究黑碳排放與大氣環(huán)境狀況提供了進一步研究依據(jù)。排放總量及排放源強較高的省份煤炭和焦炭能源消耗較多，排放總量前五名的省份國土面積占全國總面積的19.2%，排放量占到全國的43.8%；排放源強前五名的省份為北京、天津、河北、山東、山西。這些省份主要分布在京津冀及周邊區(qū)域，這些地區(qū)山地丘陵盆地較多，黑碳的大量、密集排放無法自然消散是導致該區(qū)域霧霾氣候的成因之一，應當高度重視化石能源燃燒過程中黑碳排放的控制和管理，進一步研究黑碳排放控制技術(shù)并進行市場化推廣應用，加強政策管理整治，消除、減緩黑碳對大氣環(huán)境質(zhì)量和人體健康的影響。

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A

魯頤瓊 （1983-），女，山西人，工程師，碩士，從事節(jié)能環(huán)保方面的科研及管理工作。

（責任編輯 張立寬）