以畜禽糞便與秸稈制取生物天然氣碳減排分析

關(guān)鍵詞：畜禽糞便；秸稈；生物天然氣；碳減排量；經(jīng)濟(jì)效益

0 引言

隨著生活水平的提高，我國居民消費(fèi)需求推動(dòng)了畜牧業(yè)的快速發(fā)展，隨之產(chǎn)生的畜禽糞便造成環(huán)境污染問題不斷加劇，不僅成為制約畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素，也讓環(huán)境保護(hù)問題面臨較大考驗(yàn)[1]。國家相關(guān)部門發(fā)布了《關(guān)于加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見》《關(guān)于促進(jìn)畜牧業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的意見》和《減污降碳協(xié)同增效實(shí)施方案》等政策，促進(jìn)畜牧業(yè)綠色發(fā)展。北方地區(qū)秸稈產(chǎn)量較大，由于沒有有效的處理方式，常常被就地焚燒，出現(xiàn)生態(tài)環(huán)境與火災(zāi)等問題，北方多地區(qū)出臺(tái)禁燃規(guī)定的同時(shí)，也在探索秸稈的綜合利用。

以畜禽糞便與秸稈為原料的生物天然氣項(xiàng)目，多種原料配比的混合發(fā)酵保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，既減少了畜禽糞便與秸稈對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)了資源化利用，又產(chǎn)生零碳燃?xì)饧坝袡C(jī)肥料，可替代化石燃料與肥料，具有明顯的減污降碳效果[2]。在解決我國能源短缺問題的同時(shí)，可以優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，助力國家“雙碳”工作，發(fā)展意義重大[3]。

1 碳減排方法學(xué)進(jìn)展

截至目前，我國的碳抵消機(jī)制發(fā)展經(jīng)歷了3個(gè)階段，即清潔發(fā)展機(jī)制（CDM）項(xiàng)目階段、國家發(fā)展和改革委員會(huì)管理自愿核證減排（CCER）階段、生態(tài)環(huán)境部管理CCER階段，對(duì)應(yīng)的碳減排方法學(xué)變化也較大。

1.1 CDM項(xiàng)目階段

1997年12月，《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第3次締約方大會(huì)在日本京都召開，通過了旨在限制發(fā)達(dá)國家溫室氣體排放以抑制全球變暖的《京都議定書》，并設(shè)計(jì)了減排溫室氣體的3個(gè)合作機(jī)制，即國際排放貿(mào)易機(jī)制（IET）、聯(lián)合履行機(jī)制（JI）和清潔發(fā)展機(jī)制（CDM），形成了國際碳排放權(quán)交易體系的雛形。

CDM項(xiàng)目對(duì)發(fā)展中國家意義重大，允許發(fā)達(dá)國家通過資金支持或者技術(shù)援助等形式，與發(fā)展中國家開展減少溫室氣體排放的項(xiàng)目開發(fā)與合作，取得相應(yīng)的減排量，這些減排量被核實(shí)認(rèn)證后可用于該簽署國履約。

2004年5月，國家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布《清潔發(fā)展機(jī)制項(xiàng)目運(yùn)行管理暫行辦法》，加強(qiáng)對(duì)CDM項(xiàng)目活動(dòng)管理，采用CDM的碳減排方法學(xué)核算項(xiàng)目減排量，參與國際碳交易。

從2013年開始，隨著《京都議定書》中2008—2012年第1階段的結(jié)束，歐盟規(guī)定2013年后將嚴(yán)格限制減排量大的CDM項(xiàng)目進(jìn)入歐盟碳交易體系，并且只接受最不發(fā)達(dá)國家新注冊的CDM項(xiàng)目，我國CDM注冊項(xiàng)目數(shù)量呈斷崖式減少，在2017年之后沒有出現(xiàn)新注冊的CDM項(xiàng)目，表示我國CDM項(xiàng)目階段的結(jié)束。

1.2 國家發(fā)展和改革委員會(huì)管理CCER階段

2012年國家發(fā)展和改革委員會(huì)借鑒《京都議定書》中的CDM項(xiàng)目，發(fā)布《溫室氣體自愿減排交易管理暫行辦法》《溫室氣體自愿減排項(xiàng)目審定與核證指南》，建立了我國CCER交易機(jī)制，確定了CCER工作流程。2015年1月，國家發(fā)展和改革委員會(huì)上線自愿減排交易信息平臺(tái)，對(duì)CCER交易采取備案管理，通過國家自愿減排交易信息平臺(tái)進(jìn)行審定、注冊、簽發(fā)的公示，簽發(fā)后的CCER可進(jìn)入交易所進(jìn)行交易。

國家發(fā)展和改革委員會(huì)先后公布了12批共200個(gè)國家溫室氣體自愿減排方法學(xué)，包括電力、交通、化工和建筑等30多個(gè)領(lǐng)域。

2017年3月，國家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布公告，稱由于在《溫室氣體自愿減排交易管理暫行辦法》施行過程中存在溫室氣體自愿減排交易量小、個(gè)別項(xiàng)目不夠規(guī)范等問題，暫緩受理溫室氣體自愿減排交易方法學(xué)、項(xiàng)目、減排量、審定與核證機(jī)構(gòu)和交易機(jī)構(gòu)備案申請(qǐng)。

1.3 生態(tài)環(huán)境部管理CCER階段

2023年10月19日，生態(tài)環(huán)境部、國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布《溫室氣體自愿減排交易管理辦法（試行）》，為全國CCER市場重啟提供了制度依據(jù)和法律保障，其中提出“生態(tài)環(huán)境部負(fù)責(zé)組織制定并發(fā)布溫室氣體自愿減排項(xiàng)目方法學(xué)等技術(shù)規(guī)范，作為相關(guān)領(lǐng)域自愿減排項(xiàng)目審定、實(shí)施與減排量核算、核查的依據(jù)”，明確以前國家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布的碳減排核算方法學(xué)已經(jīng)不適用[4]。

2023年10月24日，生態(tài)環(huán)境部印發(fā)4個(gè)碳減排方法學(xué)：《溫室氣體自愿減排項(xiàng)目方法學(xué) 造林碳匯（CCER-14-001-V01）》《溫室氣體自愿減排項(xiàng)目方法學(xué) 并網(wǎng)光熱發(fā)電（CCER-01-001-V01）》《溫室氣體自愿減排項(xiàng)目方法學(xué) 并網(wǎng)海上風(fēng)力發(fā)電（CCER-01-002-V01）》《溫室氣體自愿減排項(xiàng)目方法學(xué) 紅樹林營造（CCER-14-002-V01）》[5]。發(fā)布的4個(gè)方法學(xué)明確了造林碳匯、并網(wǎng)光熱發(fā)電、并網(wǎng)海上風(fēng)力發(fā)電及紅樹林營造等項(xiàng)目開發(fā)為溫室氣體自愿減排項(xiàng)目的適用條件、減排量核算方法、監(jiān)測方法和審定與核查要點(diǎn)等。

2 項(xiàng)目碳減排核算方法分析

2.1 項(xiàng)目生產(chǎn)工藝

以畜禽糞便與秸稈為原料的生物天然氣項(xiàng)目，收集的畜禽糞便與秸稈經(jīng)預(yù)處理后進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵罐進(jìn)行發(fā)酵，然后沼氣經(jīng)凈化提純后，部分自用、部分并入市政管網(wǎng)。發(fā)酵的固體與液體分別生產(chǎn)固體有機(jī)肥與液體有機(jī)肥。生產(chǎn)工藝如圖1所示。

2.2 項(xiàng)目碳減排情況

項(xiàng)目在整個(gè)運(yùn)行過程中，涉及的碳減排可能包括3部分：畜禽糞便收儲(chǔ)碳減排[6]、生物天然氣替代化石天然氣碳減排[7]和生物肥替代化肥碳減排。

2.2.1 畜禽糞便收儲(chǔ)碳減排

項(xiàng)目建設(shè)前，畜禽養(yǎng)殖企業(yè)均為規(guī)?；B(yǎng)殖，糞便收集比較集中。如果沒有該項(xiàng)目，后續(xù)畜禽糞便可能用于堆肥，會(huì)產(chǎn)生甲烷等非二氧化碳溫室氣體。項(xiàng)目建設(shè)后可避免該部分溫室氣體的產(chǎn)生，存在減排量。

2.2.2 生物天然氣替代碳減排

項(xiàng)目生產(chǎn)的生物天然氣并入市政燃?xì)夤芫W(wǎng)，替代化石天然氣。生態(tài)環(huán)境部2022年編制的《全國碳市場百問百答》[8]，明確提出“除航空飛行活動(dòng)要求報(bào)告可持續(xù)航空燃料的消耗量和減排量數(shù)據(jù)外，其他行業(yè)企業(yè)不要求報(bào)告生物質(zhì)燃料燃燒的排放數(shù)據(jù)”，生物天然氣不核算燃燒產(chǎn)生的溫室氣體量，化石天然氣需要核算燃燒產(chǎn)生的溫室氣體量，因此生物天然氣替代化石天然氣存在減排量。

2.2.3 生物肥替代化肥碳減排

生物有機(jī)肥替代化肥，從替代本身來講是減排的，但生物有機(jī)肥的替代使用受地區(qū)氣候、施肥方式、施肥對(duì)象和施肥前后土壤固碳量等因素的影響。生態(tài)環(huán)境部制定方法學(xué)考慮的因素包括減排機(jī)理清晰、數(shù)據(jù)質(zhì)量有保障、可以實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)管等。雖然生物肥替代化肥在部分項(xiàng)目或地區(qū)會(huì)產(chǎn)生減排量，由于數(shù)據(jù)難以監(jiān)測、減排量難以核算，不符合生態(tài)環(huán)境部目前對(duì)減排量測算的要求，因此短期內(nèi)出臺(tái)生物肥替代化肥的減排方法學(xué)的可能性較小。

2.2.4 項(xiàng)目碳減排情況

以畜禽糞便與秸稈為原料制取生物天然氣項(xiàng)目的碳減排，可核算的減排量包括2部分：畜禽糞便收儲(chǔ)碳減排和生物天然氣替代碳減排。

2.3 項(xiàng)目邊界

項(xiàng)目邊界包括畜禽糞便堆肥場所、原料收集點(diǎn)到生物天然氣生產(chǎn)場所的運(yùn)輸系統(tǒng)、生物天然氣生產(chǎn)場所。項(xiàng)目邊界包含項(xiàng)目可能使用的能源包括汽油、柴油、電力等。溫室氣體排放或減排源包括邊界內(nèi)能源使用產(chǎn)生的二氧化碳排放、避免的甲烷排放、生產(chǎn)過程甲烷逸散及替代化石天然氣產(chǎn)生的碳減排等，項(xiàng)目邊界如圖2所示。

2.4 溫室氣體排放源

項(xiàng)目邊界內(nèi)選擇或不選擇的溫室氣體種類及排放源如表1所示。

2.5 減排量計(jì)算適用公式

項(xiàng)目減排量核算方法主要參考國家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布的相關(guān)減排量核算方法。雖然這些方法學(xué)已經(jīng)廢止，但這些方法學(xué)當(dāng)時(shí)沿用的是CDM項(xiàng)目框架，這個(gè)框架也是行業(yè)內(nèi)通用的方法學(xué)框架，對(duì)于減排量的核算仍有指導(dǎo)意義。

2.5.1 畜禽糞便收儲(chǔ)減排

畜禽糞便收儲(chǔ)的碳減排，主要包括堆肥過程CH4與N2O排放、畜禽糞便從養(yǎng)殖場運(yùn)輸?shù)巾?xiàng)目所在地的運(yùn)輸排放。參考的方法學(xué)包括《畜禽糞便堆肥管理減排項(xiàng)目》（AMS-III.B-CMS-082-V01）[9]、《通過多個(gè)地點(diǎn)的糞便收集后進(jìn)行收儲(chǔ)減排溫室氣體項(xiàng)目》（AM0073-CM-086-V01）[10]、《動(dòng)物糞便管理系統(tǒng)甲烷回收項(xiàng)目》（AMS-III.D-CMS-021-V01）[11]等。

2.5.2 生物天然氣替代碳減排

生物天然氣替代的碳減排，主要包括替代的化石天然氣燃燒產(chǎn)生排放、生物天然氣生產(chǎn)過程排放。參考的方法學(xué)包括《利用糞便管理系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣制取并利用生物天然氣溫室氣體減排方法學(xué)》（CM-107-V01）[12]、《向天然氣輸配網(wǎng)中注入生物甲烷》（CM-017-V01）[13]。

3 典型案例

以河南省蘭考縣儀封生物質(zhì)制氣項(xiàng)目為研究對(duì)象，提出適用的減排方法學(xué)計(jì)算項(xiàng)目的碳減排量，并對(duì)該項(xiàng)目減排經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行估算。

3.1 項(xiàng)目概況

河南省蘭考縣儀封生物天然氣項(xiàng)目，位于河南省開封市蘭考縣儀封鄉(xiāng)，是中國電力建設(shè)集團(tuán)有限公司自主投資、設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營全過程覆蓋的首個(gè)生物天然氣項(xiàng)目。項(xiàng)目采用CSTR（完全混合厭氧反應(yīng)器發(fā)酵）、PSA（變壓吸附）技術(shù)工藝，主要的設(shè)備包括發(fā)酵罐及壓縮設(shè)備、生產(chǎn)過程用電裝置等。項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后每年可處理雞糞4.3萬t、奶牛糞6.5萬t、豬糞9.6萬t；年并網(wǎng)生物天然氣912.5萬Nm3，生產(chǎn)固體有機(jī)肥3.2萬t、液態(tài)有機(jī)肥5萬t。

項(xiàng)目主要建筑物有原料堆場、糞污池、厭氧發(fā)酵罐區(qū)、凈化提純裝置、CNG壓縮站、沼液存儲(chǔ)池、固液分離及有機(jī)肥車間、有機(jī)肥中轉(zhuǎn)站、秸稈粉碎車間、鍋爐房、水泵房和綜合樓等。項(xiàng)目自2020年3月開始建設(shè)，2021年6月開始投料，2021年12月項(xiàng)目所生產(chǎn)的天然氣并入市政燃?xì)夤芫W(wǎng)。

3.2 項(xiàng)目減排量計(jì)算

3.2.1 畜禽糞便收儲(chǔ)碳減排

（1）堆肥過程中CH4與N2O排放。堆肥過程中CH4與N2O減排量15470tCO2e，計(jì)算結(jié)果如表2所示。其中，CH4與N2O的全球增溫潛勢來源于聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)（IntergovernmentalPanelonClimateChange，IPCC）第五次報(bào)告[14]。

（2）原料運(yùn)輸排放。按照柴油運(yùn)輸車輛核算排放。原料運(yùn)輸排放為443tCO2e，計(jì)算結(jié)果如表3所示。其中，柴油排放因子來源于《陸上交通運(yùn)輸企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南（試行）》[15]。

（3）畜禽糞便收儲(chǔ)的減排量。畜禽糞便收儲(chǔ)部分的減排量為15027tCO2e，計(jì)算結(jié)果如表4所示。

3.2.2 生物天然氣替代減排

項(xiàng)目年并網(wǎng)的生物天然氣912.5萬Nm3、年用電量1150萬kW·h，建設(shè)有天然氣壓縮裝置，有增壓站1套、管線（逆止閥）1套，計(jì)算得到生物天然氣替代減排量為10884tCO2e。計(jì)算過程如表5所示。電力排放因子采用全國平均電網(wǎng)排放因子0.5703tCO2/（MW·h），根據(jù)《中國石油天然氣生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南（試行）》[16]中提供的天然氣逃逸與工藝放空缺省值計(jì)算CH4泄漏量。

3.2.3 項(xiàng)目碳減排小計(jì)

以畜禽糞便與秸稈為原料制取生物天然氣的項(xiàng)目年減排量為25911tCO2e，各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果如表6所示。

3.3 項(xiàng)目減排經(jīng)濟(jì)效益分析

按照CCER平均交易價(jià)格100元/tCO2e測算的以畜禽糞便與秸稈為原料的生物天然氣項(xiàng)目潛在的年經(jīng)濟(jì)效益259.11萬元。

3.4 項(xiàng)目面臨問題

截至目前，項(xiàng)目未滿負(fù)荷生產(chǎn)，主要由于畜禽糞便與秸稈為項(xiàng)目的主要原料，項(xiàng)目建設(shè)前，當(dāng)?shù)匦笄菁S便與玉米秸稈處于無序處理狀態(tài)，對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成較大影響。項(xiàng)目投產(chǎn)后當(dāng)?shù)胤N植戶與養(yǎng)殖戶抬高價(jià)格，導(dǎo)致原料的收儲(chǔ)困難，嚴(yán)重影響項(xiàng)目的正常生產(chǎn)。雖然國家已經(jīng)出臺(tái)多個(gè)政策推動(dòng)有機(jī)肥的施用，但國內(nèi)對(duì)有機(jī)肥的認(rèn)知有限，有機(jī)肥在當(dāng)?shù)氐貌坏接脩舻恼J(rèn)可，銷售壓力較大，影響項(xiàng)目的正常運(yùn)行。由于原料端、產(chǎn)品端都出現(xiàn)問題，項(xiàng)目的生產(chǎn)不穩(wěn)定。同時(shí)由于畜禽糞便減排、生物天然氣替代的相關(guān)碳減排方法學(xué)尚未明確，企業(yè)無法獲取收益，面臨較大的經(jīng)濟(jì)壓力。

4 結(jié)束語

（1）本研究通過分析以畜禽糞便與秸稈為原料的生物天然氣項(xiàng)目的基準(zhǔn)線和項(xiàng)目活動(dòng)碳排放，提出項(xiàng)目在整個(gè)運(yùn)行過程中涉及的碳減排可能包括3部分：畜禽糞便收儲(chǔ)碳減排、生物天然氣替代化石天然氣碳減排和生物肥替代化肥碳減排。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部對(duì)減排量測算的要求，包括減排機(jī)理清晰、數(shù)據(jù)質(zhì)量有保障、可以實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)管等，以畜禽糞便與秸稈為原料的生物天然氣項(xiàng)目可核算的碳減排包括2部分：畜禽糞便收儲(chǔ)碳減排和生物天然氣替代化石天然氣碳減排。

（2）在國家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布的碳減排核算方法學(xué)不適用的情況下，參考生態(tài)環(huán)境部最新發(fā)布的碳減排核算方法學(xué)框架、結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，提出項(xiàng)目適用的減排量計(jì)算方法，包括基準(zhǔn)線計(jì)算、排放量計(jì)算、減排量計(jì)算。

（3）以中國電力建設(shè)集團(tuán)有限公司的河南省蘭考縣儀封生物天然氣項(xiàng)目為典型案例進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于年并網(wǎng)生物天然氣912.5萬Nm3的生物天然氣項(xiàng)目，畜禽糞便收儲(chǔ)、生物天然氣替代化石天然氣的年碳減排量合計(jì)25911tCO2e，根據(jù)CCER價(jià)格測算得到項(xiàng)目潛在的年減排經(jīng)濟(jì)效益259.11萬元。

（4）雖然項(xiàng)目可以減少畜禽糞便與秸稈對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)資源化利用，具有明顯的減污降碳效果，但由于原料收儲(chǔ)、有機(jī)肥銷售等問題，項(xiàng)目運(yùn)行不穩(wěn)定，企業(yè)面臨較大的經(jīng)濟(jì)壓力。建議政府部門協(xié)助解決原料收儲(chǔ)、有機(jī)肥銷售問題，同時(shí)生態(tài)環(huán)境部盡快推出適用的碳減排方法學(xué)，讓企業(yè)獲得碳減排收益，促進(jìn)行業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展。