張欣　張放　蔡慧　張輝

摘?要：以在我國造紙工業(yè)最具代表性的一家制漿造紙聯(lián)合工廠為研究對象，采用“造紙和紙制品生產企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南”和溫室氣體核算體系計算工具的方法，研究了溫室氣體種類、核算邊界和方法、工廠能耗和碳排放總量以及碳強度。結果表明，2014年該工廠碳排放總量為430496.772 t CO2，不包含生物質能源產生的碳排放;基于工廠的紙漿碳強度為0.228 t CO2/t風干漿，為基于產品獲得的各種紙漿碳強度的7.4%～56.9%;基于國民生產總值（GDP）的碳強度為1.08 t CO2 e/1000 USD，為我國造紙工業(yè)平均水平的56.3%;基于銷售額的碳強度為0.301 t CO2 e/1000 USD，約為國際紙業(yè)公司的52.6%。結果也表明，影響企業(yè)碳強度的主要因素有原材料種類、能源結構、產品結構等，以及為在碳排放交易市場中獲得更多的碳排放交易權空間，企業(yè)應進一步進行節(jié)能減排。

關鍵詞：CO2排放;制漿造紙工業(yè);碳交易;碳強度;能耗

中圖分類號：TS734

文獻標識碼：A

溫室效應引起的全球變暖使得國際上高度重視溫室氣體排放（也稱碳排放）和碳足跡;碳排放權交易作為《京都議定書》的重要減排機制之一，受到全球關注。

2009年，我國在哥本哈根會議上承諾，到2020年，單位GDP的CO2排放量下降40%～45%。2011年，我國首次將溫室氣體排放控制內容寫入《國民經濟和社會發(fā)展第十二個五年（2011—2015年）規(guī)劃綱要》，其中提出了約束性目標：到2015年，單位GDP的CO2排放量比2010年下降17%（實際達到20%），單位GDP能源消耗量比2010年下降16%（實際達到18.2%）[1-2]。

為了履行減排承諾和保護資源與環(huán)境，我國于2011年啟動了“兩省五市”試點碳排放權交易，并計劃于2017年晚些時間在全國范圍內啟動碳排放權在線交易，這是一個環(huán)境保護的里程碑。擬納入我國碳排放權交易體系的主體是石化、化工、建材、鋼鐵、有色、造紙、電力、航空等重點排放行業(yè)中，在2013—2015年中任意一年綜合能源消費總量達到1萬t標煤以上（含）[3]的企業(yè)。為此，企業(yè)進行碳排放權交易前，需提交企業(yè)溫室氣體排放報告，包含企業(yè)基本信息、納入碳排放權交易主營產品信息以及能源與溫室氣體排放相關數據。我國碳排放權交易市場啟動后，年交易量將達到50億t，將成為全球最大的碳排放交易市場（歐盟次之，為20億t）[4]。因而，重點企業(yè)的溫室氣體排放報告工作將成為企業(yè)年度常態(tài)化的工作內容，并將關系到企業(yè)在碳排放交易市場中的資產額。

制漿造紙工業(yè)作為全球第四大工業(yè)能源消耗行業(yè)[5]，2014年，全球制漿造紙工業(yè)能源消耗約5.95 EJ，其中，我國制漿造紙工業(yè)能耗占全球制漿造紙工業(yè)能耗的19%[6-7]，碳排放總量約占全球的29%[8];隨著人均紙張消費量向發(fā)達國家靠攏[9-11]，我國制漿造紙工業(yè)碳排放量仍將持續(xù)增長。由于我國制漿造紙工業(yè)的能源結構是以煤為主（占比約50%）[11]，未來行業(yè)的環(huán)境保護問題仍將面臨較大挑戰(zhàn)。目前，對于碳排放的研究大部分是基于產品（主要是紙和紙板）進行核算的[12-13]，基于工廠的碳排放量研究較少[14]，單獨以紙漿為產品的碳排放核算更少。對于一個多品種、多生產線的企業(yè)，尤其針對集約型工廠，基于產品進行碳排放的核算，容易出現(xiàn)能源邊界模糊的問題，使碳排放數據不準確?；诠S的碳排放核算便于進行區(qū)域總量控制和碳排放權交易，并有利于從全廠角度尋求進一步節(jié)能減排的空間;另外，從行業(yè)角度，其可用于評價一個企業(yè)在技術和規(guī)模等方面是否具有代表性。因而，隨著我國碳排放權交易市場啟動時間的臨近，基于整個工廠的碳排放核算是非常有必要的。

溫室氣體核算體系（Greenhouse Gas Protocol）是最具影響力的標準之一[15]，幾乎世界上所有的溫室氣體核算標準都是基于該協(xié)定制定的，它提供了制漿造紙廠核算溫室氣體排放量的計算工具（溫室氣體協(xié)定工具）[16]。在我國，基于工廠的碳排放量核算使用“造紙和紙制品生產企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南”（以下簡稱“核算指南”）[17]。兩者的基本框架和定義是一致的;不同點在于：第一，溫室氣體核算體系計算工具列出了碳排放核算的每一方面，而核算指南相對簡化，更適用于我國制漿造紙企業(yè);第二，溫室氣體核算體系中要求單獨核算生物質能源引起的碳排放、但并不包括在總排放量中，而核算指南中不要求核算;第三，根據實際的生產狀態(tài)，由于燃料碳氧化率的差異導致碳排放因子不同。

本課題的研究對象為我國具有典型代表性的一家制漿造紙聯(lián)合工廠，該工廠擁有國內最大的木漿生產量，具有先進的工藝裝備技術和管理水平，是我國制漿造紙行業(yè)的標桿企業(yè)。碳排放因子采用核算指南的推薦值和實驗室實際測定值，根據核算指南對該廠的碳排放量進行分析和核算，同時根據溫室氣體核算體系計算工具單獨列出生物質能源的碳排放量，進而計算出企業(yè)基于主營產品和宏觀指標的碳強度;并且分析了碳強度影響因子，發(fā)現(xiàn)和提出對應的節(jié)能減排措施。本課題將為該廠參與我國正推進的碳排放交易與評價提供依據，為我國造紙工業(yè)進行工廠碳排放核算和碳強度提供一個標準框架，也有助于國際社會了解我國代表性的制漿造紙聯(lián)合工廠的碳排放水平。

1?核算過程與方法

利用核算指南評估企業(yè)溫室氣體排放量包括以下幾個步驟：①確定核算邊界;②識別排放源;③收集活動水平數據;④選擇和獲取排放因子數據;⑤分別計算化石燃料燃燒產生的碳排放量、過程產生排放量、企業(yè)凈購入的電力和熱力產生的碳排放量、廢水處理產生的碳排放量;⑥匯總計算企業(yè)溫室氣體排放量。溫室氣體核算體系通常允許企業(yè)忽略那些很少、對整個碳排放量的估算沒有太大影響的排放[16]。因此，核算過程可以簡化為溫室氣體種類、核算邊界和方法。

1.1?核算過程

1.1.1?工廠信息

該工廠是一家制漿造紙聯(lián)合工廠。制漿原材料包括泰國桉木、澳洲桉木、中國桉木、印尼相思木、越南相思木和針葉木。該工廠擁有2臺漿板機和2臺紙板機，產品為漂白硫酸鹽闊葉木漿（LBKP）和針葉木漿（NBKP）、白卡紙和液體包裝紙板。紙板機使用10%自產漿和漂白化學熱磨機械漿。漿板機和紙板機的基本情況見表1。

碳酸鈣購自北山礦業(yè)（中國安徽）。漂白化學熱磨機械漿購自Eurocell公司（中國香港）、Millar公司（加拿大亞伯達）和Marubeni公司（加拿大溫哥華）。

1.1.2?溫室氣體種類

根據對溫室效應的貢獻，溫室氣體核算體系工具主要關注3種溫室氣體：CO2、CH4、氧化亞氮。由于低含量的碳源對碳排放量核算影響較小，可以忽略。核算指南中核算的溫室氣體為CO2和CH4。本課題中，該工廠廢水處理采用好氧法，無CH4產生和排放。因此，本課題只核算CO2的排放量。

1.1.3?核算邊界

圖1為根據核算指南確定的核算邊界。邊界用來評估制漿造紙生產過程、原材料運輸和利用中的碳排放量。碳排放量可分為5個部分。

第1部分是燃料燃燒產生的碳排放量?；剂习禾?、天然氣、柴油、重油和液化氣。生物質能源包括甲醇、黑液、木屑。甲醇產自木材蒸煮工段，可收集為生物質能源。當燃料與氧氣充分燃燒時，釋放CO2。根據溫室氣體核算體系，生物質能源燃燒產生的碳排放量單獨核算，不包括在企業(yè)CO2總排放量中。第2部分是過程碳排放量，主要是企業(yè)外購并消耗的石灰石發(fā)生分解產生的CO2排放。第3部分是凈購入的電力對應的排放。第4部分是凈外購的熱力對應的碳排放。第5部分是廢水厭氧處理產生的CH4排放。由于該工廠采用好氧處理，因此無CH4排放。

圖1?工廠核算邊界

1.1.4?CO2排放量計算公式

式（1）用于核算工廠CO2的總排放量：

E=∑3i=1Ei（1）

式中，E1為工廠的化石燃料和生物質燃料燃燒產生的碳排放量（t CO2）;E2為過程碳排放量（t CO2）;E3為工廠凈外購的電力和蒸汽產生的碳排放量（t CO2）。

E1=∑ni=1（ADi×EFi）（2）

式中，ADi為年度內第i種燃料的活動水平（GJ）;EFi為第i種燃料的CO2排放因子（t CO2/GJ）;i為燃料類型代號。

ADi=NCVi×FCi（3）

式中，NCVi為年度內第i種燃料的平均低位發(fā)熱量（GJ/t，固體或液體燃料;GJ/Nm3，氣體燃料）;FCi為年度內第i種燃料的凈消耗量（t，固體或液體;Nm3，氣體）。

EFi=CCi×OFi×4412（4）

式中，CCi為第i種燃料的單位熱值含碳量（t C/GJ）;OFi為第i種燃料的碳氧化率（%）;44/12為碳和CO2間的換算系數。

E2=L×EF石灰石（5）

式中，L為年度內石灰石的消耗量（t）;EF石灰石為煅燒石灰石的CO2排放因子（t CO2/t石灰石）。

E3=AD電×EF電+AD熱×EF熱（6）

式中，AD電、AD熱為年度內凈外購電、蒸汽量（MWh，電;GJ，蒸汽）;EF電、EF熱為電、蒸汽年平均CO2排放因子（t CO2/MWh，電;t CO2/GJ，蒸汽）。

1.1.5?碳強度

碳強度可以用來表征能源效率和比較碳排放水平，其公式為：

碳強度=EX（7）

式中，X為主營產品產量（或GDP和銷售額）。根據《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標準》（GB3544—2008）對工廠的分類，該工廠主營產品為紙漿。

1.2?核算方法

為了核算CO2排放量，需要收集FCi、L、AD電、AD熱、NCVi和各類燃料的CO2排放因子EFi。FCi主要來自工廠能源平衡表、原材料消耗表，AD電和AD熱來自財務報表、采購發(fā)票和其他審計報告。NCVi和EFi優(yōu)先使用實驗室實際測定值，如沒有實際測定值，可采用核算指南中的缺省值。區(qū)域電網年平均供電CO2排放因子因地域差異而不同，數據來自發(fā)改委公布的區(qū)域電網最新CO2排放因子[18]。

煙煤、重油、木屑、黑液、甲醇的NCVi，甲醇和低壓蒸汽的EFi采用實驗室測定值。木屑、黑液和甲醇的EFi以煙煤的值代替。丙烷氣和液化氣的NCVi和EFi以液化石油氣的值代替。2012年華北區(qū)域電網的CO2排放因子為0.8843 kg CO2/kWh。

碳強度的原始數據來源如下：世界銀行提供的不同國家GDP和溫室氣體總排放量;中國統(tǒng)計年鑒（2006—2015）提供我國造紙工業(yè)的工業(yè)增加值;Wang等[19]核算了我國造紙工業(yè)的溫室氣體總排放量，不包含生物質能源產生的排放量。

2?結果與討論

2.1?工廠能源系統(tǒng)

通過熱電聯(lián)產設施將化石能源轉化為電力和蒸汽，用于生產過程。圖2為簡化的工廠能源流程圖。

堿回收車間是工廠最大的能源消耗區(qū)，占總能耗的91%。第2個能源消耗區(qū)域為動力車間，占8.9%。第3個區(qū)域為漿板和紙板車間。原水被泵入到清水車間，每個車間的廢水送至廢水處理廠，該區(qū)域只消耗電力?；瘜W品準備和壓縮空氣系統(tǒng)只需要很少量的蒸汽和電力。

2.2?工廠能源消耗

2014年，該工廠能源消耗總量為1512374.024 t標煤，見表2。由表2可知，該工廠符合2017年碳排放權交易的條件。生物質能源是該工廠的主要能源，占能源消耗總量的88.3%，以黑液為主?；茉磧H占能源消耗總量的11.9%，以煙煤和重油為主。

2.3?工廠CO2排放量核算

該工廠碳排放總量及各主要分類能源的碳排放量見表3。由表3可知，2014年，該工廠排放430496.772 t CO2，占當年我國造紙工業(yè)排放量的0.35%?；剂先紵侵饕腃O2排放源，高于該廠CO2總排放量，其中煙煤和重油燃燒的CO2排放量占化石燃料排放總量的98.1%。生產過程中的石灰石排放了11378.475 t CO2，占總排放量的2.64%。由于電力和蒸汽大部分外賣，沒有電力和蒸汽產生的CO2排放，反過來可以認為該工廠吸收了14853.665 t CO2。

生物質能源排放了3470365.968 t CO2，其中97.1%的排放量由黑液產生，是化石能源排放量的8倍。其他的CO2排放由木屑和甲醇產生。生物質能源來自木材，木材燃燒時排放的CO2與成長過程中吸收的CO2可抵消。這個過程是碳中和，不產生凈CO2。因此，生物質能源的碳排放量不包括在CO2總排放量中，但需要額外核算。生物質能源的使用節(jié)省了大量的化石能源，減少了向大氣中排放的凈碳排放量。Wang 等[19]核算了2005—2012年我國造紙工業(yè)的碳排放量，生物質能源的碳排放量占23%～26%，而該工廠對應的數據是89%（當生物質能源排放量被包含在排放總量中時）。如果不再使用生物質能源，工廠的CO2總排放量將大大增加。

2.4?碳強度比較

2.4.1?基于工廠和產品算法

碳強度受原材料種類的影響較大。表4為基于工廠和產品算法的碳強度比較。

由表4可知，基于工廠算法的碳強度較基于產品算法的碳強度低。該工廠主要生產商品漿。研究表明，該工廠向環(huán)境中排放了0.228 t CO2/t風干漿，與基于產品獲得的各種紙漿碳強度相比[20-24]，為其他木漿碳強度的35%～56.9%，草漿碳強度的7.4%，廢紙漿碳強度的30.6%～41.6%。

這3類漿相比，草漿的碳強度最高，其次為廢紙漿，木漿最低。主要原因有兩個方面，其一是木漿堿回收工段可回收利用能源，且黑液屬于生物質能源，排放的CO2不計入工廠碳排放總量中;而草漿堿回收可回收能量少，廢紙漿無堿回收工段。第二是廢紙漿生產環(huán)節(jié)無蒸煮工段，能耗較低。我國造紙工業(yè)中，木漿、廢紙漿和非木漿消耗量分別占紙漿總消耗量的28%、65%和7%[7]，而發(fā)達國家比例分別達63%、33.6%和3.4%[25]。因此，我國應該增加木漿的比例，降低草漿比例，或者采用先進的工藝設備降低草漿能耗。

2.4.2?基于宏觀指標的算法（國民生產總值，GDP）

碳強度的主要影響因素是能源結構、產業(yè)結構、技術管理水平、能源強度等。

2003—2012年，全球碳強度均呈明顯的線性下降趨勢，我國碳強度下降趨勢更為明顯，年均下降率為11.1%（全球年均下降率為5.24%）（見圖3）。自2005年，我國溫室氣體總量超過美國成為世界第一，占全球比例逐年增加，2012年達到23.3%。2005—2014年，我國造紙工業(yè)碳強度逐年下降（不含生物質能源的碳排放）（見圖4）。

根據圖3和圖4可推測出，2014年全球碳強度為0.570 t CO2 e/1000 USD，我國碳強度為0.723 t CO2e/1000 USD，我國造紙工業(yè)碳強度為1.92 t CO2 e/1000 USD。本課題研究對象工廠2014年的碳強度為1.08 t CO2 e/1000 USD，為同年我國造紙工業(yè)碳強度的56.3%，但仍高于我國和全球碳強度的平均水平。這主要是由于造紙工業(yè)是能耗大戶，我國造紙工業(yè)以化石能源為主，故溫室氣體排放量較高。

2.4.3?基于宏觀指標的算法（銷售額）

參考世界自然基金會發(fā)布的“在華非化石能源企業(yè)碳強度排行榜”報告[26]，基于銷售額對企業(yè)碳強度進行比較發(fā)現(xiàn)：2012年，造紙行業(yè)的碳強度為0.550 t CO2 e/1000 USD，低于交通運輸業(yè)，均高于榜單中的其他行業(yè);本課題研究對象工廠的碳強度為0.301 t CO2 e/1000 USD，國際紙業(yè)公司的碳強度為0.572 t CO2 e/1000 USD。后者作為全球排名第一的造紙企業(yè)，其技術管理水平、能源結構均優(yōu)于本課題中研究對象工廠，但本課題中研究對象工廠的碳強度為后者的52.6%，這說明企業(yè)的產品結構對碳強度也有一定的影響，同時也表明本課題研究對象工廠在我國造紙工業(yè)中有一定的代表性。

2.5?工廠節(jié)能減排措施

根據碳強度的影響因子，工廠為獲得更多的碳排放交易權空間，應進一步進行節(jié)能減排。措施包括：加強管理，引進節(jié)能減排技術，利用生物質能源代替化石能源，增加富余的電力和蒸汽的外賣，提高燃料燃燒效率等。

3?結?論

本研究以在我國造紙工業(yè)最具代表性的一家制漿造紙聯(lián)合工廠為研究對象，采用“造紙和紙制品生產企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南”和溫室氣體核算體系計算工具的方法，研究了溫室氣體種類、核算邊界和方法、工廠能耗和碳排放總量以及碳強度。結果表明，2014年，該工廠排放430496.772 t CO2?；剂系娜紵翘寂欧诺闹饕獊碓?，生物質能源燃燒的碳排放不包含在總碳排放量中;基于工廠的紙漿碳強度為0.228 t CO2/t風干漿，是基于產品獲得的各種紙漿碳強度的7.4%～56.9%;基于國民生產總值（GDP）的碳強度為1.08 t CO2 e/1000 USD，為我國造紙工業(yè)碳強度的56.3%，但高于我國和全球碳強度的平均水平;基于銷售額的碳強度為0.301 t CO2 e/1000 USD，約為國際紙業(yè)公司的52.6%。分析結果表明，碳強度的影響因素主要有原材料種類、能源結構、產品結構、技術管理水平等;企業(yè)為在碳排放交易市場中獲得更多的碳排放交易權空間，應進一步進行節(jié)能減排。

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Calculation and Analysis of CO2 Emissions and Carbon Intensity of a Typical Integrated Paper Mill in China

ZHANG Xin1，2，3ZHANG Fang1，3CAI Hui1，2ZHANG Hui1，3，*

（1Jiangsu Provincial Key Lab of Pulp and Paper Science and Technology， Nanjing Forestry University， Nanjing，

Jiangsu Province， 210037;

2State Key Lab of Pulp and Paper Engineering， South China University of Technology， Guangzhou， Guangdong Province， 510640;

3Jiangsu ?Co-Innovation ?Center ?for Efficient ?Processing ?and ?Utilization ?of ?Forest ?Resources， Nanjing Forestry ?University， Nanjing， Jiangsu Province， 210037）

（*E-mail：zhnjfu@163.com）[JZ）]

Abstract：In this paper， the types of greenhouse gases， calculation boundaries and methods， energy consumption， carbon emissions and intensity of a typical integrated pulp and paper mill in China were studied based on the Accounting Method and Report Guidance for GHG Emissionsfrom Pulp and Paper Industry and the Greenhouse Gas Protocol ToolsThe results showed that there were 430496.772 t CO2 emissions from that mill in 2014 that did not cover CO2 emissions from biomass energy， which was 8 times higher than that of fossil energyThe carbon intensity based on the pulp was 0.228 t CO2/adt， which accounted for 7.4%～56.9% in other pulps based on the productThe carbon intensity based on Gross Domestic Product （GDP） was 1.08 t CO2 e/1000 USD and accounted for 56.3% intensity in the China paper industryThe carbon intensity based on sales was about 52.6% of that of International PaperIt also showed that carbon intensity was influenced by the species of raw material， structures of energy and products， which provided the mill with measures for energy saving and CO2 emissions reduction to obtain the redundant carbon emissions in the trading.

Keywords：CO2 emissions; pulp and paper industry; carbon emissions trading; carbon intensity; energy consumption