基于生命周期评价的氮肥温室气体排放研究

柳 杨 程 志 王廷宁 黎水宝

(宁夏清洁发展机制环保服务中心，银川 750001)

引言

国际科学界认为，全球变暖现象90%以上可能是来自于温室气体的排放，而农业温室气体的排放量占全球温室气体总排放量的30%，由于在生产过程中大量使用合成农药、化肥等化学物质和采用石化燃料作为动力，农业已成为温室气体的第二大重要来源［1］。我国农业源温室气体排放占全国温室气体排放总量的17%，其中氧化亚氮占全国排放总量的92.47%［2－3］。在农业源温室气体排放中，又以化肥、主要是氮肥的生产、运输、使用过程中引致的碳排放所占比重最大。现代农业的大规模生产和流通体系使农产品的生命周期具有重要的碳足迹特征［4－5］。

产品生命周期碳足迹标识要考虑上游原材料生产、运输等过程，是国际社会为减缓气候变化、控制温室气体排放、推广低碳技术而采取的重要措施［6］。基于生命周期评价的氮肥产品温室气体排放是国内缺乏研究和公布的基础数据之一，但它是计算农产品生命周期碳足迹标识的必须数据。本文以氮肥生命周期温室气体排放为研究对象，采用生命周期评价方法研究5 种氮肥的温室气体排放量，为国内农产品生命周期碳足迹标识研究奠定基础。

1 研究方法

生命周期理念是比较全面的温室气体排放评价方法，能够避免温室气体排放问题在不同产品间的转移。产品生命周期是指产品(本文氮肥即是产品)从资源开采、原料生产、产品生产、产品流通、产品使用，直至废弃的过程［7］。生命周期评价是国内外研究产品碳足迹标识的主流计算方法。英国、日本、韩国、美国、欧盟、中国、台湾等国家和地区已纷纷推出了碳足迹标识评价方法和规范。2007年英国标准协会(BSI)发布了PAS2050“商品和服务在生命周期内的温室气体排放评价规范”;中国国家质监局和标准化管理委员会在2008年发布了GB24040“环境管理—生命周期评估—原则与框架”和GB24044“环境的管理－生命周期评价－要求与指南”;日本于2009年公告了碳足迹标准TS Q0010“产品碳足迹评价与标识之一般原则”;世界可持续发展工商理事会(WBCSD)与世界资源研究所(WRI)2011年正式公布了“温室气体议定书产品生命周期核算与报告标准”［8］;2012年世界标准化组织(ISO)发布了ISO14067“产品碳足迹—对量化与沟通的要求和指南”。

氮肥温室气体排放功能单位是用单位重量的氮肥生命周期内造成的温室气体排放量来表示，生命周期中主要排放过程包括生产阶段，流通阶段和使用阶段的直接或间接温室气体排放。温室气体为《京都议定书》中控制的6 种温室气体，即二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、氢氟碳化合物(HFCs)、全氟碳化合物(PFCs)、六氟化硫(SF6)。本文主要研究二氧化碳(CO2)、氧化亚氮(N2O)两种温室气体排放源。根据政府间气候变化委员会(IPCC)公布的100年全球增温潜势(GWP)系数，同质量的氧化亚氮(N2O)是二氧化碳(CO2)的310 倍，将两种温室气体排放量转换成二氧化碳排放当量(CO2eq)［9］。

本文研究的氮肥种类包括硝酸铵、磷酸二铵、复合肥、尿素、碳酸氢铵5 种类型，涵盖了目前氮肥市场的主要产品。氮含量根据国家化肥标准分别设定为硝酸铵34.6%含氮率，磷酸二铵14%含氮率和17%含氮率两种，复合肥7%含氮率和13%含氮率两种，尿素46%含氮率，碳酸氢铵17%含氮率。评价5 种氮肥生命周期温室气体排放使用了欧洲平均生产水平下的生产和流通阶段的二氧化碳(CO2)排放当量［10－13］。使用阶段的温室气体排放计算了氧化亚氮(N2O)直接和间接排放，间接排放包括了大气氮沉降、氮淋溶和径流损失引起的氧化亚氮排放。尿素和碳酸氢铵还包括二氧化碳(CO2)直接排放［9］。具体如表1 所示。

表1 5 种氮肥的氮含量及温室气体排放数据

2 结果与分析

2.1 生命周期评价结果

根据5 种氮肥氮元素和碳元素的质量分数占比和全球增温潜势(GWP)系数核算得出以下结果，如表2 所示。

表2 5 种氮肥的生命周期温室气体排放

由表2 评估结果可以看出:7%含氮率复合肥生命周期温室气体排放最少;其次分别是14%含氮率磷酸二铵，17%含氮率磷酸二铵，13%含氮率复合肥，碳酸氢铵和硝酸铵;尿素生命周期温室气体排放最高。使用阶段温室气体排放量是复合肥﹤磷酸二铵﹤碳酸氢铵﹤硝酸铵﹤尿素，与生命周期温室气体排放量排序基本一致。

2.2 结果分析

通过表2 的使用阶段温室气体排放占比可以看出，使用阶段温室气体排放是影响生命周期排放的主要因素。而随着5 种氮肥氮含量的依次增高使用阶段温室气体排放不断增加。因此，氮含量是氮肥生命周期温室气体排放的最主要影响因素。通过对比5 种氮肥不同含氮率对生命周期排放的贡献值，可看出磷酸二铵生命周期温室气体排放是随着氮含量增加而排放相对最少的，17%含氮率磷酸二铵是既要保证氮肥肥效又要控制温室气体排放的最优选择。

表3 生命周期温室气体排放贡献分析

综合以上数据及分析，可以看出虽然同比各类氮肥的生命周期温室气体排放有差距，可以通过合理选择、使用较少温室气体排放的氮肥控制温室气体排放，但是数据相差不大，效果不明显。要减少氮肥生命周期温室气体排放，还是要针对氮肥生命周期内的生产原料、生产工艺、产品流通、产品使用等各阶段的高排放环节进行综合解决。首先要避免使用阶段的氮肥滥用、过量使用，使用单位要合理选购、使用氮肥;其次氮肥生产企业的技术和工艺进步，选择低排放原料，减少室气体排放;最后是流通过程优化运输路线，减少运输、销售距离和排放。

3 问题与结论

本文研究氮肥生命周期温室气体排放，追溯了氮肥生产流通阶段的温室气体排放，但是由于国内氮肥行业企业生产排放数据的统计缺乏，引用了欧洲数据库的排放数据，是导致结果存在误差的主要方面。因此，建议国家相关主管部门借机国内碳交易市场即将建立，建立企业碳排放统计报送制度，进一步精确研究结果，尽早开发国内氮肥等生产资料产品的生命周期温室气体排放数据库。

5 种氮肥生命周期温室气体排放的研究结果对氮肥生产企业及下游使用单位进一步控制温室气体排放，研究农产品的生命周期碳足迹具有一定的指导作用。排除价格等影响氮肥选择使用的因素，在相同含氮量情况下，选择磷酸二铵将更有利于减少温室气体排放。

［1］黄祖辉，米松华．农业碳足迹研究—以浙江省为例［J］．农业经济问题，2011(11):40－48．

［2］董红敏．中国农业源温室气体排放与减排技术对策［J］．农业工程学报，2008，24(10):269－273．

［3］曾宪芳，赵世伟，李晓晓，李婷，刘京．宁夏回族自治区平罗县主要农作物碳足迹研究［J］．水土保持通报，2012，32(5):61－65．

［4］王殿华，孙超．低碳环境下食品生态标签的国际发展－有机、碳足迹与环境生命周期［J］．农产品质量与安全，2011(4):45－47．

［5］Lal R．Carbon emission from farm operations［J］．Environment lmernational，2004，30:981－990．

［6］裘晓东．碳足迹及其评价准则［J］．标准科学，2011，(6):69－76．

［7］王洪涛，翁端．材料生命周期评价方法浅析［J］．新材料产业，2014，(2):29．

［8］董雪旺．国内外碳足迹研究进展述评［J］．浙江工商大学学报，2013(2):67－75．

［9］Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC)．Good Practice Guidanceand UncertaintyManagement in National Greenhouse Gas Inventories:N2OEmissions from Adiphic Acid and Nitric Acid Production［R］．London，U．K．2000．

［10］Patyk A．Balance of Energy Consumption and Emissions of Fertilizer Production and Supply［R］．Reprints from the International Conference of Life Cycle Assessment in Agriculture，Food and Non－Food Agro－Industry and Forestry:Achievements and Prospects［R］．Brussels，Belgium．1996．

［11］Kongshaug G．Energy Consumption and Greenhouse Gas Emissions in Fertilizer Production［R］．IFA Technical Conference，Marrakech，Morocco．1998．

［12］Davis J，Haglund C．Life Cycle Inventory(LCI)of Fertiliser Production．Fertiliser Products Used in Sweden and Western Europe．SIK－Report No.654［R］．Masters Thesis，Chalmers University of Technology，1999．

［13］Kramer K．J．，Moll H．C．and Nonhebel，S．Total Greenhouse Gas Emissions Related to the Dutch Crop Production System［J］．Agriculture，Ecosystems and Environment，1999(72):9－16．