解读IPCC 2019修订版国家温室气体清单（“废弃物”部分）

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李四非洲观察

2019年9月23日，联合国气候行动峰会在纽约召开。联合国秘书长安东尼奥·古特雷斯号召全球领导人采取行动降低温室气体排放。

非洲国家通常采用联合国对温室气体排放的规范标准，非洲国家制定的温室气体排放政策往往参考联合国的指导方针。例如，北非国家阿尔及利亚在本次联合国行动峰会上表示，将在十年内减少45%的温室气体排放，在2050年达到温室气体“零排放”。了解联合国最新的温室气体排放清单能够更好地解析非洲国家的温室气体排放政策。因此本文对政府间气候变化专门委员会IPCC今年发布的修订版国家温室气体清单指南进行解析。

政府间气候变化专门委员会IPCC是一家经由联合国大会批准的政府间组织，1988年由世界气象组织（WMO）和联合国环境规划署（UNEP）联合建立，为联合国应对全球气候变化提供技术支持。中国是该组织的成员国之一。

2019年5月，IPCC通过了修订版的国家温室气体清单指南。该指南在2006年版的基础上进行了优化，提供了最新的温室气体清单，为世界各国计算温室气体排放提供了新的参考。

2019清单指南包括了一般指导及报告，能源、工业过程和产品使用，农业、林业和其他土地使用以及废弃物共五个章节，本文将对该指南里第五章“废弃物”部分进行梳理，整理废弃物处理过程所产生的温室气体排放量的指导性计算方式。

一、废弃物产生、构成和管理数据

在IPCC文件中，废弃物为以下四种：市政垃圾、污泥、工业垃圾和其他垃圾。本文考虑的市政垃圾包括食物垃圾、庭院和公园垃圾、纸和纸箱、木头、纺织物、（一次性）尿布、橡胶皮革、塑料、金属、玻璃和陶瓷、其他垃圾（土、灰、电子垃圾）；污泥包括市政污泥和工业污泥。

垃圾处理包括收集、回收、固体垃圾填埋、生物处理和焚烧，处理工艺包括垃圾填埋、生物处理和焚烧。在垃圾处理过程中会产生温室气体。通过了解垃圾的成分和增长率以及垃圾相对应的排放因子等计算参数，可以计算特定垃圾处理工艺所对应的温室气体排放量。对于包含多个处理阶段的复杂工艺，可以采用垃圾流（waste stream）来分析各阶段的垃圾成分和可降解有机碳（DOC）含量。

垃圾的成分和增长率一般取决于国家经济状况、工业结构、当地垃圾管理规定和居民生活习惯，通常利用以往数十年垃圾填埋所收集的历史数据来确定，并在一次衰减法（FOD）中用于计算甲烷排放量。

在本“废弃物”部分，不考虑回收处理中所产生的碳排放，也不考虑农业垃圾用作肥料或焚烧所产生的碳排放。

二、固体废弃物处理

固体废弃物可以处理市政垃圾、工业垃圾和其他垃圾，在垃圾填埋过程中会产生甲烷、二氧化碳、非甲烷挥发性有机物、氧化亚氮等氮氧化物、一氧化碳等温室气体。填埋场产生的甲烷约占全球人类活动年均温室气体排放量的3~4%（2001）。

从废弃物进入填埋场到甲烷的产生需要一定的过程。首先，填埋场中的废弃物将进行有氧分解，一般持续数周直至氧气耗尽。随后是酸化反应阶段，氢气产生，通常持续数周。然后是一段过渡期，酸化反应后废弃物所处的酸性环境变为中性环境。最后甲烷开始产生。从废弃物进入填埋场到甲烷产生的这段延迟时间建议考虑为0~6个月。

在“废弃物”部分的温室气体排放中，不计入生物性的二氧化碳排放量，例如生物质资源（谷物、木头）中有机物的分解产生的二氧化碳。该部分净排放量在“农业和土地”部分中考虑。如果填埋场回收甲烷用于发电，那么此排放量将计入“能源”部分。

通过一次衰减方法计算甲烷排放量。一次衰减方法假定：垃圾中的可分解有机碳的衰减时间长达数十年；在同等情况下，甲烷的产出率只取决于垃圾中存留的碳。

为了计算的精确性和可接受性，通常要求收集或估算相应废弃物在3~5个半衰期内的填埋数据。一般情况下，选取的周期考虑为50年。

一次衰减法有三级模型：

#1 使用默认的废弃物填埋数据和参数

#2 使用特定国家最新的和历史的废弃物填埋数据，数据至少10年

#3 在#2的基础上，考虑国家发展的社会经济参数，或者采取可推演出特定国家废弃物填埋参数的测量数据，包括相应填埋场内废弃物的半衰期以及甲烷产生潜能或可降解有机碳含量和分解比例

甲烷生成量的计算公式：

（1）第 年累计的可分解有机碳等于第 年进入填埋场的可分解有机碳与第 年累积的未分解的可分解有机碳。 为半衰期，与垃圾成分、温度、填埋场管理和填埋深度、厌氧或好氧条件有关：

（2）第T年分解的有机碳等于第T-1年累积的未分解有机碳的分解量：

（3）甲烷产生量等于分解的有机碳所对应的甲烷量。 为填埋场产生甲烷的体积比例，只有含较多油脂或石油的废弃物才能产生超过50%的甲烷：

（4）根据（1）-（3）计算得出甲烷产生量以每年进入填埋场的可分解有机碳的表达式：

（5）上式中，每年进入填埋场的可分解有机碳的表达式。 为废弃物重量； 为可降解有机碳的比例； 为在厌氧条件下可分解的可降解有机碳的比例，默认值为0.5； 为考虑甲烷有氧分解的修正因子，在良好的厌氧条件管理下，值接近于1：

（6）甲烷的排放量。其中 为甲烷回收量， 为甲烷氧化氯：

（7）在没有甲烷回收的情况下，即 时：

三、固体废弃物的生物处理

堆肥和厌氧消化是食品垃圾、庭院垃圾和公园垃圾的生物化处理方式。

堆肥是好氧过程，大部分可降解有机碳转化为二氧化碳。由于甲烷需要在厌氧过程中产生，因此堆肥所产生的甲烷量很少，可按初始碳含量的1%到几个百分点考虑。堆肥时也会产生氧化亚氮，所产生的氧化亚氮量可按初始氮含量的0.5%到5%考虑。

厌氧消化在通常情况下是包含甲烷回收和焚烧发电的，所以它所对应的温室气体排放应计入“能源”部分。处理设施若产生非有意的甲烷泄露，通常可考虑甲烷的默认排放量为甲烷产生量的5%。厌氧消化所产生的二氧化碳为生物性，只用作为“能源”部分的信息记录。氧化亚氮产量很少，可以忽略。

近年来，机械生物处理（MBT）的应用愈来愈多，处理工艺通常包括垃圾破碎等机械处理以及垃圾堆肥和厌氧消化。经由MBT处理的废弃物比不处理直接送出填埋场的废弃物所产生的甲烷少95%。

四、废弃物的焚化和露天燃烧

废弃物的热法处理包括焚化、热解、气化、等离子气化、露天燃烧等，主要排放的温室气体为二氧化碳，非二氧化碳温室气体的排放主要取决于处理工艺。对于固体废弃物，二氧化碳排放量评估的基本数据选取通过三类评估方法考虑：#1，采用区域性的默认数据；#2，采用该国特定数据；#3，采用相应处理厂的特定数据。根据预计所焚烧垃圾的化石碳含量，乘以氧化因子，再将结果换算为二氧化碳，即为二氧化碳的排放量。具体工作步骤为：

1. 确定废弃物类型

2. 确定废弃物焚烧量

3. 确定焚烧的废弃物中的干物质含量、含碳总量、化石碳含量和氧化因子

4. 计算二氧化碳排放量

5. 完成温室气体排放的清单

其中， 为固体废弃物重量， 为干垃圾比例， 为干垃圾中含碳量比例， 为含碳总量中的化石碳， 为氧化因子， 为废弃物类型，包括市政垃圾、工业固废、污泥、有害垃圾、医疗垃圾以及其他种类的废弃物。

对于液态化石碳废弃物，即工业和生活垃圾残留物中的矿物油、化石燃料残留、溶剂、润滑剂等：

其中， 为焚烧的液态化石碳废弃物， 为碳含量， 为氧化因子。

在垃圾焚烧厂中，甲烷的排放量应是很少的。只有在不完全燃烧的情况下，例如在露天燃烧时，会生成甲烷。另外，在垃圾焚烧厂的贮存坑中，如果垃圾长时间堆放，在缺氧环境下也会产生甲烷，这些甲烷会被引入到焚烧炉中，因而甲烷排放量得以显著地减少。在垃圾焚烧温度相对较低，即焚烧温度处于500°C~950°C时，会生成氧化亚氮。甲烷和氧化亚氮排放量的公式类似：

其中， 为废弃物总重量， 为甲烷或二氧化氮的排放因子， 为废弃物类型。

对于特定处理厂，可采用：

其中， 为烟气中的氧化亚氮含量， 为单位重量废弃物所产生的烟气体积。

在废弃物的焚化和露天焚烧中，二氧化碳的排放量与废弃物成分，主要是化石碳含量有关。甲烷的排放量与焚烧完全度，即焚烧温度、氧气含量、烟气在焚烧炉内的停留时间有关。氧化亚氮的排放量与焚烧工艺、焚烧温度、废弃物成分有关。

五、废水处理和排放

集中处理的污水系统通常可分为三级处理：#1，采用格栅进行物理分离，去除大块固体；#2，通过稳定池、滴滤池、活性污泥、厌氧反应器、污水塘等一系列生物处理加快生物降解；#3，通过熟化池、精处理塘、生物处理、高级过滤、碳吸附、离子交换、消毒等工艺处理病原体、污染物和剩余营养物，例如氮化物和磷化物。在二级和三级处理中所产生的污泥必须经过处理后才能进行填埋。污泥处理工艺包括好氧和厌氧消化，离心脱水，堆肥和干化。

通常情况下，不考虑污水处理中的二氧化碳排放，因为这些二氧化碳是生物性的，是人类排泄物或食物残渣中所排放的。

在排污管渠中，不时处于的不流动状态以及太阳辐射所带来的热量为甲烷的生成提供了厌氧条件。当污水进入曝气系统后，溶解在污水中的甲烷会被释放。生活污水或工业污水所带来的甲烷排放量为：

其中， 为污水处理或排放系统。 为该系统中污水的有机物含量。 为该系统中通过污泥去除的有机成分，在自然水体中，没有污泥去除，因而 ，同时也没有甲烷回收，因而 。 为排放因子：

其中， 为默认甲烷生成能力， 为修正因子。

生活污水中的氮通常以尿素、蛋白质和氨氮的形式存在。在有氧硝化的条件下，氨氮转化为硝酸根离子；在无氧或厌氧条件下，好氧或特定微生物将硝酸盐和亚硝酸盐还原成氮气。氧化亚氮是上述反应的中间产物，在曝气时释放到大气中。污水处理中氧化亚氮排放量：

其中， 为污水中的总氮量， 为 污水类别中，采用 污水处理或排放系统的比例， 为污水处理或排放系统的排放因子， 为污水类别， 为污水处理或排放系统。

已处理或未处理污水排放后的氧化亚氮，其中 为含氮量：

按照2019修订版的要求，本文结合2006年版的内容，针对于“废弃物”部分解读了最新修订版中对温室气体排放量计算的指导规则。

从中国的视角看，2019修订版清单编制中有多名中国学者的参与，体现了中国在联合国的影响力。但是中国国内主要依赖于1996年版国家温室气体清单，尚未全面采纳2006年版清单，已落后于联合国最新发展。近年来，中国大力推动环境保护的发展，在各大城市全力推广垃圾分类回收，在多个城市积极推动垃圾焚烧发电站的建设。然而，垃圾处理伴随着温室气体的排放，在人类面临全球气候变暖的背景下，需要提高国民对垃圾处理所带来的温室气体的认识。

非洲是构建人类命运共同体的重要板块，中国应当与非洲国家合作，向非洲兄弟姐妹们推广自己的环保经验，携手发展环境基础设施以达到温室气体排放的控制目标。因此，了解非洲国家采用的联合国温室气体排放政策对于中国与非洲国家的经验交流与合作有重要意义。