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        基于生命周期評價的氮肥溫室氣體排放研究

        2015-07-19 08:13:58王廷寧黎水寶
        關(guān)鍵詞:氧化亞氮含氮二銨

        柳 楊 程 志 王廷寧 黎水寶

        (寧夏清潔發(fā)展機(jī)制環(huán)保服務(wù)中心,銀川 750001)

        引言

        國際科學(xué)界認(rèn)為,全球變暖現(xiàn)象90%以上可能是來自于溫室氣體的排放,而農(nóng)業(yè)溫室氣體的排放量占全球溫室氣體總排放量的30%,由于在生產(chǎn)過程中大量使用合成農(nóng)藥、化肥等化學(xué)物質(zhì)和采用石化燃料作為動力,農(nóng)業(yè)已成為溫室氣體的第二大重要來源[1]。我國農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放占全國溫室氣體排放總量的17%,其中氧化亞氮占全國排放總量的92.47%[2-3]。在農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放中,又以化肥、主要是氮肥的生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用過程中引致的碳排放所占比重最大?,F(xiàn)代農(nóng)業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)和流通體系使農(nóng)產(chǎn)品的生命周期具有重要的碳足跡特征[4-5]。

        產(chǎn)品生命周期碳足跡標(biāo)識要考慮上游原材料生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)冗^程,是國際社會為減緩氣候變化、控制溫室氣體排放、推廣低碳技術(shù)而采取的重要措施[6]?;谏芷谠u價的氮肥產(chǎn)品溫室氣體排放是國內(nèi)缺乏研究和公布的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一,但它是計算農(nóng)產(chǎn)品生命周期碳足跡標(biāo)識的必須數(shù)據(jù)。本文以氮肥生命周期溫室氣體排放為研究對象,采用生命周期評價方法研究5 種氮肥的溫室氣體排放量,為國內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品生命周期碳足跡標(biāo)識研究奠定基礎(chǔ)。

        1 研究方法

        生命周期理念是比較全面的溫室氣體排放評價方法,能夠避免溫室氣體排放問題在不同產(chǎn)品間的轉(zhuǎn)移。產(chǎn)品生命周期是指產(chǎn)品(本文氮肥即是產(chǎn)品)從資源開采、原料生產(chǎn)、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品流通、產(chǎn)品使用,直至廢棄的過程[7]。生命周期評價是國內(nèi)外研究產(chǎn)品碳足跡標(biāo)識的主流計算方法。英國、日本、韓國、美國、歐盟、中國、臺灣等國家和地區(qū)已紛紛推出了碳足跡標(biāo)識評價方法和規(guī)范。2007年英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(BSI)發(fā)布了PAS2050“商品和服務(wù)在生命周期內(nèi)的溫室氣體排放評價規(guī)范”;中國國家質(zhì)監(jiān)局和標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會在2008年發(fā)布了GB24040“環(huán)境管理—生命周期評估—原則與框架”和GB24044“環(huán)境的管理-生命周期評價-要求與指南”;日本于2009年公告了碳足跡標(biāo)準(zhǔn)TS Q0010“產(chǎn)品碳足跡評價與標(biāo)識之一般原則”;世界可持續(xù)發(fā)展工商理事會(WBCSD)與世界資源研究所(WRI)2011年正式公布了“溫室氣體議定書產(chǎn)品生命周期核算與報告標(biāo)準(zhǔn)”[8];2012年世界標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)發(fā)布了ISO14067“產(chǎn)品碳足跡—對量化與溝通的要求和指南”。

        氮肥溫室氣體排放功能單位是用單位重量的氮肥生命周期內(nèi)造成的溫室氣體排放量來表示,生命周期中主要排放過程包括生產(chǎn)階段,流通階段和使用階段的直接或間接溫室氣體排放。溫室氣體為《京都議定書》中控制的6 種溫室氣體,即二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氫氟碳化合物(HFCs)、全氟碳化合物(PFCs)、六氟化硫(SF6)。本文主要研究二氧化碳(CO2)、氧化亞氮(N2O)兩種溫室氣體排放源。根據(jù)政府間氣候變化委員會(IPCC)公布的100年全球增溫潛勢(GWP)系數(shù),同質(zhì)量的氧化亞氮(N2O)是二氧化碳(CO2)的310 倍,將兩種溫室氣體排放量轉(zhuǎn)換成二氧化碳排放當(dāng)量(CO2eq)[9]。

        本文研究的氮肥種類包括硝酸銨、磷酸二銨、復(fù)合肥、尿素、碳酸氫銨5 種類型,涵蓋了目前氮肥市場的主要產(chǎn)品。氮含量根據(jù)國家化肥標(biāo)準(zhǔn)分別設(shè)定為硝酸銨34.6%含氮率,磷酸二銨14%含氮率和17%含氮率兩種,復(fù)合肥7%含氮率和13%含氮率兩種,尿素46%含氮率,碳酸氫銨17%含氮率。評價5 種氮肥生命周期溫室氣體排放使用了歐洲平均生產(chǎn)水平下的生產(chǎn)和流通階段的二氧化碳(CO2)排放當(dāng)量[10-13]。使用階段的溫室氣體排放計算了氧化亞氮(N2O)直接和間接排放,間接排放包括了大氣氮沉降、氮淋溶和徑流損失引起的氧化亞氮排放。尿素和碳酸氫銨還包括二氧化碳(CO2)直接排放[9]。具體如表1 所示。

        表1 5 種氮肥的氮含量及溫室氣體排放數(shù)據(jù)

        2 結(jié)果與分析

        2.1 生命周期評價結(jié)果

        根據(jù)5 種氮肥氮元素和碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占比和全球增溫潛勢(GWP)系數(shù)核算得出以下結(jié)果,如表2 所示。

        表2 5 種氮肥的生命周期溫室氣體排放

        由表2 評估結(jié)果可以看出:7%含氮率復(fù)合肥生命周期溫室氣體排放最少;其次分別是14%含氮率磷酸二銨,17%含氮率磷酸二銨,13%含氮率復(fù)合肥,碳酸氫銨和硝酸銨;尿素生命周期溫室氣體排放最高。使用階段溫室氣體排放量是復(fù)合肥﹤磷酸二銨﹤碳酸氫銨﹤硝酸銨﹤尿素,與生命周期溫室氣體排放量排序基本一致。

        2.2 結(jié)果分析

        通過表2 的使用階段溫室氣體排放占比可以看出,使用階段溫室氣體排放是影響生命周期排放的主要因素。而隨著5 種氮肥氮含量的依次增高使用階段溫室氣體排放不斷增加。因此,氮含量是氮肥生命周期溫室氣體排放的最主要影響因素。通過對比5 種氮肥不同含氮率對生命周期排放的貢獻(xiàn)值,可看出磷酸二銨生命周期溫室氣體排放是隨著氮含量增加而排放相對最少的,17%含氮率磷酸二銨是既要保證氮肥肥效又要控制溫室氣體排放的最優(yōu)選擇。

        表3 生命周期溫室氣體排放貢獻(xiàn)分析

        綜合以上數(shù)據(jù)及分析,可以看出雖然同比各類氮肥的生命周期溫室氣體排放有差距,可以通過合理選擇、使用較少溫室氣體排放的氮肥控制溫室氣體排放,但是數(shù)據(jù)相差不大,效果不明顯。要減少氮肥生命周期溫室氣體排放,還是要針對氮肥生命周期內(nèi)的生產(chǎn)原料、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品流通、產(chǎn)品使用等各階段的高排放環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合解決。首先要避免使用階段的氮肥濫用、過量使用,使用單位要合理選購、使用氮肥;其次氮肥生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)和工藝進(jìn)步,選擇低排放原料,減少室氣體排放;最后是流通過程優(yōu)化運(yùn)輸路線,減少運(yùn)輸、銷售距離和排放。

        3 問題與結(jié)論

        本文研究氮肥生命周期溫室氣體排放,追溯了氮肥生產(chǎn)流通階段的溫室氣體排放,但是由于國內(nèi)氮肥行業(yè)企業(yè)生產(chǎn)排放數(shù)據(jù)的統(tǒng)計缺乏,引用了歐洲數(shù)據(jù)庫的排放數(shù)據(jù),是導(dǎo)致結(jié)果存在誤差的主要方面。因此,建議國家相關(guān)主管部門借機(jī)國內(nèi)碳交易市場即將建立,建立企業(yè)碳排放統(tǒng)計報送制度,進(jìn)一步精確研究結(jié)果,盡早開發(fā)國內(nèi)氮肥等生產(chǎn)資料產(chǎn)品的生命周期溫室氣體排放數(shù)據(jù)庫。

        5 種氮肥生命周期溫室氣體排放的研究結(jié)果對氮肥生產(chǎn)企業(yè)及下游使用單位進(jìn)一步控制溫室氣體排放,研究農(nóng)產(chǎn)品的生命周期碳足跡具有一定的指導(dǎo)作用。排除價格等影響氮肥選擇使用的因素,在相同含氮量情況下,選擇磷酸二銨將更有利于減少溫室氣體排放。

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