制漿造紙企業碳排放核算研究

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摘要：減少碳排放的基礎是找出碳排放巨大的環節。以制漿造紙企業為研究對象，核算了電力、熱力、輔助燃料等使用造成的碳排放，計算了碳當量，包括了二氧化碳及其他溫室氣體，并針對制漿造紙生產過程中“堿回收”、“熱電站動力鍋爐”等熱點碳排放工段，提出了優化能源結構、積極發展低碳技術等減排策略。

關鍵詞：制漿造紙企業；生產過程；碳排放；核算

1概述

在全球氣候變暖、溫室效應加劇的背景下，基于工藝與生產過程追蹤碳元素流動以及碳排放已成為社會各界關注的熱點問題[1]。我國是全球最大的碳排放國家，能源消耗與二氧化碳排放已成為全球關注的焦點[2]。2009年，我國在哥本哈根氣候大會上承諾，至2020年我國單位生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%。近年來國民環保意識有所提高，但距離實現低碳經濟依然任重道遠。高耗能、高排放產業的制漿造紙產業是國民經濟重要組成部分，其生產過程一般包括森林撫育、木材收獲、備料、制漿、堿回收、造紙和產品分銷等階段；生產過程的能耗形式主要是燃燒煤炭等產生的電能和熱能，因此制漿造紙產業過程碳排放巨大。目前亞洲的噸紙碳排放率占到全球漿紙工業碳排放的41%[3]，我國制漿造紙企業通過優化工藝，單位產量碳排放逐漸降低，但總產量的大幅度增加，使得行業碳排放總量仍持續增長，研究制漿造紙企業的碳流與碳排放具有重大意義。國內外學者已對碳流和碳排放展開了大量研究。周平等通過結構分析模型，估算出居民二氧化碳間接排放量[4]。鄭軍等使用工序碳源的形式表達了砂型鑄造工藝的過程，建立了工序碳源和碳排放計算模型[5]。LiuH等學者基于改進的價值流程圖及靈敏度分析，構建電子產品制造系統碳排放模型[6]；WangXJ論證了碳排放約束機制對按訂單制造企業生產規劃的影響[7]。碳排放的計算方法主要有質量平衡法、排放系數法、清單編制法和實測法等[8]。目前關于碳排放的核算方法大多根據能源消耗量并結合碳排放系數，計算出直接以及完全能耗下的碳排放量。徐盈之等人以最終需求為導向，分析了中國2007年制造業的直接與間接碳排放量[9]。韋韜等以多區域投入產出表為基礎，估算了1995—2009年我國國際貿易中的隱含能源和碳排放[10]。WeiYiming等[11]、Burchart-Korol[12]通過生命周期法分別測算了居民家庭生活的二氧化碳排放量以及能源消耗量和ULCOS煉鋼法的碳排放量；Bonilla等通過環境投入產出表，得出在歐盟各部門中電子、紡織工業的碳排放量最高[13]。本文從生產過程視角針對制漿造紙企業碳排放展開研究，從制漿造紙企業的主要生產過程入手，研究備料、制漿、紙漿漂白、堿回收、苛化、石灰鍛燒以及廢物處理等工序，并以斯道拉恩索（廣西）林漿紙有限公司為例，分析計算了基于制漿造紙生產過程的碳排放，旨為企業節能減排、優化生產提供有效分析工具。

2研究方法與數據來源

2.1制漿造紙企業主要生產過程。制漿造紙工廠的主要生產過程描述如下：2.1.1備料過程。包括獲取木材，對原木進行剝皮、篩選等處理，同時樹皮木屑等回收進熱電站。2.1.2制漿過程。一般包括蒸煮、凈化、漂白等過程，產生的廢水主要有黑液，進入堿回收工段。進一步凈化、漂白粗漿得到符合要求的漿料，此階段產生廢水廢渣，同時產生的污泥回收進熱電站。故制漿工序碳的流向有：稀黑液、漂白漿料、廢水廢渣、污泥以及因消耗電力、熱力間接排放的二氧化碳等溫室氣體。2.1.3漿板生產過程。包括漿料凈化、抄漿等工序，將制漿車間生產所得的桉木化學漿進一步處理得到漂白桉木化學漿板，同時產生廢水廢渣。2.1.4造紙過程。造紙原料為外購針葉木漿、外購化機漿、填料以及公司自己生產的桉木化學漿，得到最終紙制品并產生廢水廢渣。2.1.5堿回收過程。黑液在進入堿回收設備后，經過蒸發變為濃黑液；濃黑液進入燃燒工段燃燒，排放二氧化碳等溫室氣體；燃燒后的熔融物溶解后得到綠液；綠液苛化后產生的稀白液回收進入熔解設備；產生的白泥煅燒后回收堿，排放二氧化碳等溫室氣體。在核算制漿過程和堿回收過程中，核算的是由電力、熱力造成的間接碳排放，因此將其歸入熱電站的碳排放統一核算，不歸為制漿和堿回收過程；而濃黑液燃燒、白泥煅燒（使用重油）產生的碳排放則納入堿回收過程。2.2碳排放當量核算模型。碳排放是所有涉及的工業部門直接與間接的總碳排放，采用一般碳當量的計算方法。《京都議定書》中共規定了6類重要溫室氣體，分別為二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、氫氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫。本文參照《PAS2050產品和服務生命周期溫室氣體排放評估規范化》中給出的方法，以CO2為基準，按照其他各種溫室氣體在100年內產生的全球暖化效應，即全球增溫潛勢(GWP)，折換成CO2當量[14]。前三類溫室氣體在全球溫室氣體排放量中占有較大比例，且在各工業生產部門中較為常見，其中CO2和CH4對溫室效應的影響已占到86%[15]，N2O比工業革命前增加了18%，并以0.2%~0.3%的速率持續上升[16]。因此本文選擇前三類溫室氣體為核算對象，其全球增溫潛勢值分別為1、21、100。根據《溫室氣體議定書：企業核算和報告準則》中對排放范疇的規定，制漿造紙企業的碳排放環節主要包括：①電力、熱力使用造成的間接碳排放；②工藝過程可能的揮發排放；③可燃物（如重油、黑液等）燃燒造成的直接排放；④廢水生物處理過程的排放。不同類型的碳排放計算方法如下。2.2.1電力使用產生的碳排放。核算電力使用所造成的間接碳排放時，采用消費屬地原則，按企業用電量和企業所在地區的碳排放系數進行碳排放的計算。電力溫室氣體（GHG）排放量核算公式為：EP為電力使用造成的CO2排放當量；ADP為用電量；EFP為廣西電網溫室氣體排放系數；GWPi為溫室氣體i的100年全球增溫潛勢值。2.2.2熱力使用產生的碳排放。核算熱力使用所造成的間接碳排放時，采用消費屬地原則，按企業熱力消耗量以及企業所在地區碳排放系數進行碳排放的計算。熱力GHG排放量核算公式為：EV為熱力使用造成的CO2排放當量；ADV蒸汽用量，以質量計；QP為蒸汽在壓力P下的熱焓值；EFv,ii的排放系數。2.2.3輔助燃料（重油等）產生的碳排放。堿回收輔助燃料多為重油，其燃燒排放GHG公式為：Eh為重油燃燒產生的CO2當量，ADh為重油燃燒量，EFh,i為重油燃燒產生溫室氣體i的排放系數。2.3基本數據來源。本文所用數據主要來源于聯合國政府間氣候變化專門委員會、《京都議定書》、《省級溫室氣體清單編制指南》以及《斯道拉恩索林漿紙有限公司.90萬t漿、90萬t紙和紙板項目報告》等。該項目具體生產方案為：年產桉木化學漿90萬t，其中45萬t自用，45萬t為商品漿；年產量共90萬t，其中45萬t高檔包裝卡紙板，45萬t高檔文化紙（20萬t高檔書寫印刷紙，25萬t銅版紙）。

3計算過程與結果

林漿紙一體化生產過程中，由于下游紙產品的需求效應，隱含在物料中的碳流由上游向下游遷移，稱之為隱含碳流。在充分考慮各工段物料損失率的基礎上，得到產品在各生產單元所耗用的各類物料數量，結合物料數量及其碳元素含量，可計算出各生產過程的隱含碳流量。將原材料、填料中主要物料的含碳率分別視為紙制品和填料的含碳率，得到三類紙產品的原材料、填料的含碳率（見圖1）。由此得到針葉木漿、化機漿、桉木化學漿、填料和廢水廢渣的總碳含量分別7.55萬噸、5.92萬t、19.91萬t、8.62萬t和2.9萬t。根據漿及紙的含碳率參數[17-18]可得，絕干漿和風干漿含碳率為0.5和0.45，故45萬t商品漿中碳含量為20.25萬t；由于紙制品中有填料，廢水廢渣的含碳量會高一些，故合理估算廢水廢渣含碳量約占商品漿板的8%，即含碳量為1.62萬t。每生產1t桉木化學漿需木片1.887t，共需92.85萬t桉木化學漿，鋸木含碳率為0.5，故木片碳含量為87.60萬t。原木到木片損失率為9.8%，故原木碳含量為97.12萬t。制漿造紙企業主要生產過程的碳排放核算結果見表1。由能源單位消耗參數可知，共需重油4.18萬t，參考公式（3）及增溫潛勢值、廣西排放系數[17]，算得重油燃燒產生13.56萬t產生的碳排放。根據能源單位消耗參數，分別得到各類物料的含碳量，如表2所示。

4結果與討論

制漿造紙企業碳排放權重最高的為熱電站動力鍋爐，主要來源于煤炭、天然氣燃燒以及為提供動力的其他生物質的燃燒；其次為堿回收工藝中的黑液燃燒和廢物處理環節；最后為堿回收工藝中的重油燃燒和石灰石分解，具體碳排放數值及權重見圖2。制漿造紙企業可以從熱點碳流動路徑和熱點碳排放工段著手改進，通過優化堿回收工段和優化能源結構，減少在熱電站工序中的二氧化碳排放；研發先進技術、設備，控制和減少制漿造紙過程中的碳排放。4.1優化能源結構，使用清潔能源。優化能源結構是指用清潔能源代替公司使用的化石能源，減少企業生產過程中的二氧化碳排放量。清潔能源兼具經濟性與清潔性，既能符合排放標準，又能減少環境污染。煤炭、重油等化石能源在使用過程中釋放的二氧化碳遠高于等量清潔能源釋放的二氧化碳，而且清潔能源的轉換效率更高。為響應政府低碳號召并樹立良好企業形象，制漿造紙企業在保證自身正常運營的情況下，應選擇清潔能源代替部分化石能源，不僅能實現碳減排，而且企業能減少因處理二氧化碳的成本并帶來新的收益[19]。4.2積極發展低碳技術。低碳技術能夠通過減少溫室氣體的排放，從而減少環境污染。通過低碳技術實現節能減排是目前最具有競爭力、最有效的方式。技術減排一般指通過改進某個生產工藝流程、研發先進低碳技術并使用環保低碳設備等，減少各個生產環節的二氧化碳排放量。制漿造紙企業可通過高壓板式降膜蒸發器、蒸發工段污冷凝水分級與回用和黑液熱處理等技術[20]，降低黑液蒸發濃縮的能源消耗，從而減少碳排放。通過先進的環保設備能夠減少企業在生產過程中各環節的碳排放量，基于此，斯道拉恩索還可以通過提高堿回收爐、苛化設備效率或引進先進設備，降低二氧化碳的排放量。此外，通過余熱改造工程或建造光伏發電廠等方案，可減少企業在制漿造紙過程中使用的熱力量與電力量，減少熱電站動力鍋爐所需的原煤量，從而減少因提供生產過程所需的電力和熱力而產生的二氧化碳排放量。以制漿、造紙、化學制品和鋼鐵為代表的原材料工業碳排放占總排放的2/3以上，制漿造紙企業低碳減排任重道遠，不少問題亟待解決，主要有：①低碳技術的科技成果轉化進程緩慢，各方科研資源難以整合，產、學、研存在脫節，以企業為主體的技術創新體系不夠健全；②企業創新成本居高不下，由于創新低碳技術前期投資大、研發周期長，政府的激勵機制與政策優勢并不明顯，不少企業望而卻步；③發達國家掌握低碳技術標準話語權，發展中國家只有通過購買其設備、技術和繳納“碳關稅”才能出口本國產品[21]。

作者:景曉瑋 趙慶建 單位:南京林業大學