陶瓷砖(板)碳排放量核算方法及需要关注的几个问题*
2018-01-26陈世清魏建勋
张 武 陈世清 魏建勋 张 钰
(1 北京国建联信认证中心 北京 100831)(2 广东东鹏控股股份有限公司 广东 佛山 528031) (3 建筑材料工业技术情报研究所 北京 100024)
气候变化是当今人类社会面临的严峻挑战，给全球经济、社会和可持续发展带来了重大影响。自上世纪80年代，全球气候变暖日益受到国际社会的广泛关注，发展以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济已成为各国政府共同推进的经济发展模式。目前，中国正在大力推进生态文明建设，推动绿色低碳、气候适应型和可持续发展，加快制度创新，强化政策行动。如2015年9月25日的《中美元首气候变化联合声明》中提到：中国到2030年单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降60%～65%，这充分显示出国家对于减排的信心与决心。
为实现国家节能减排的总体部署，推动建材行业积极自主减排，促进建筑陶瓷行业的低碳发展，低碳认证技术委员会于2016年12月30发布并实施NPVC-LC-TS0005-2016《陶瓷砖(板)低碳产品评价方法及要求》。该技术文件可作为低碳产品认证的主要依据，为陶瓷砖(板)生产企业计算单位产品碳排放量提供指导。
1 陶瓷砖(板)生产企业碳排放来源
根据NPVC-LC-TS0005-2016《陶瓷砖(板)低碳产品评价方法及要求》，陶瓷砖(板)生产企业(产品适用标准包括：国家标准GB/T 4100-2015《陶瓷砖》、国家标准GB/T 23266-2009《陶瓷板》和行业标准JC/T 2195-2013《薄型陶瓷砖》等)碳排放的来源主要是：化石燃料燃烧排放的CO2、陶瓷烧成工序中碳酸盐分解产生的CO2和净购入的电力消耗产生的CO2。其对应的核算方法如下：
1.1 化石燃料燃烧产生的CO2排放
燃料燃烧排放是指陶瓷砖(板)生产中燃烧的化石燃料，如煤、柴油、重油、水煤气、天然气、液化石油气等产生的CO2排放。另外，还包括核算边界内用于生产的机动车辆消耗汽油、柴油等车用化石燃料产生的CO2排放。
目前陶瓷砖(板)生产企业所用到的化石燃料主要有：烟煤、粉煤、柴油、天然气、页岩气等。燃烧化石燃料的设备主要有：煤气发生炉、蒸汽锅炉(不常见)、原料干燥器、喷雾干燥塔(制粉)、坯体干噪器/炉、烧结窑炉、挖掘机(柴油)、叉车(柴油燃烧排放，部分企业采用电动叉车则无直接排放)等。尤为重要的是，当陶瓷砖(板)生产企业使用煤制水煤气作为燃料时，水煤气制备过程会产生一定数量的副产品，如煤焦油和炉渣等。经调查发现，当陶瓷砖(板)生产企业使用水煤气作为燃料时，其制气过程中煤焦油的产生率一般为干煤质量的3%～4.5%(与原煤的性质、煤气发焦炉的结构和状况以及原煤中的挥发分含量有关)；炉渣的产生率为干煤质量的8%～11%(与烟煤的性质、煤气发焦炉的结构和状况以及原料煤中的灰分含量有关)。由于这些副产品通常由陶瓷砖(板)生产企业外销给其它企业，因而在计算化石燃料燃烧CO2排放时一定要扣除这两部分所含的CO2排放。
根据NPVC-LC-TS0005-2016《陶瓷砖(板)低碳产品评价方法及要求》，结合陶瓷砖(板)的实际情况，化石燃料燃烧CO2排放的计算公式可简化为以下几种情况：
1.1.1 烧成采用煤制气的水煤气作为燃料、制粉采用水煤浆作为燃料
E燃烧=AD烟煤×EF烟煤+AD柴油×EF柴油-AD煤焦油×EF煤焦油-AD炉渣×EF炉渣
(1)
煤焦油及炉渣均为生产过程中的副产品，企业外售。
式中：E燃烧——化石燃料燃烧活动产生的CO2排放量，tCO2；
AD烟煤，AD柴油，AD煤焦油，AD炉渣——统计期内烟煤，柴油，煤焦油，炉渣的活动水平数据，GJ；
EF烟煤，EF柴油，EF煤焦油，EF炉渣——统计期内烟煤/柴油/煤焦油/炉渣的CO2排放因子，tCO2/GJ；
活动水平数据AD烟煤、AD柴油、AD煤焦油、AD炉渣，排放因子EF烟煤、EF柴油、EF煤焦油、EF炉渣可按下列公式计算：
AD烟煤=FC烟煤×NCV烟煤
(2)
AD柴油=FC柴油×NCV柴油
(3)
AD煤焦油=FC煤焦油×NCV煤焦油
(4)
AD炉渣=FC炉渣×NCV炉渣
(5)
EF烟煤=CC烟煤×α烟煤×ρ1
(6)
EF柴油=CC柴油×α柴油×ρ1
(7)
EF煤焦油=CC煤焦油×α煤焦油×ρ1
(8)
EF炉渣=CC炉渣×α炉渣×ρ1
(9)
式中：FC烟煤，FC柴油——统计期内净消耗烟煤，柴油的质量，t；
FC煤焦油，FC炉渣——统计期内企业外售煤焦油，炉渣的质量，t；
NCV烟煤，NCV柴油，NCV煤焦油，NCV炉渣——统计期内烟煤，柴油，煤焦油，炉渣的低位发热值，GJ/t；
CC烟煤，CC柴油，CC煤焦油，CC炉渣——统计期内烟煤，柴油，煤焦油，炉渣单位热值含碳量，tC/GJ;
α烟煤，α柴油，α煤焦油，α炉渣——统计期内烟煤，柴油，煤焦油，炉渣碳氧化率，wt%;
ρ1——CO2与C的分子量之比，44/12。
根据所收集的相关数据及对应公式可计算出陶瓷砖(板)化石燃料燃烧时所产生的CO2排放量。
1.1.2 以天然气作为烧成及制粉用燃料
E燃烧=AD天然气×EF天然气+AD柴油×EF柴油
(10)
式中：E燃烧——化石燃料燃烧活动产生的CO2排放，tCO2；
AD天然气(FC天然气×NCV天然气)——统计期内天然气的活动水平数据，GJ；
FC天然气——统计期内净消耗天然气的质量，Nm3；
NCV天然气——统计期内天然气的低位发热值，GJ/Nm3;
EF天然气——统计期内天然气的CO2排放因子，tCO2/GJ；
式中其它字母的含意同上。
根据所收集的相关数据及对应公式可计算出陶瓷砖(板)化石燃料燃烧时所产生的CO2排放量。
1.1.3 以天然气作为烧成用燃料、水煤浆作为制粉用燃料
E燃烧=AD天然气×EF天然气+AD烟煤×EF烟煤+AD柴油×EF柴油
(11)
式中相关字母的含意同上。
根据所收集的相关数据及对应公式可计算出陶瓷砖(板)化石燃料燃烧时所产生的CO2排放量。
1.2 过程排放
过程排放主要指陶瓷原料中含有的方解石、菱镁矿、石灰石、白云石和轻质碳酸盐等中的碳酸盐，如碳酸钙(CaCO3)和碳酸镁(MgCO3)等，在陶瓷烧成过程中高温下发生分解释放出CO2。过程排放产生的CO2量可按下式计算：
E过程=F石灰石×η石灰石×(C石灰石CaCO3×ρ2+C石灰石MgCO3×ρ3)+F白云石×η白云石×(C白云石CaCO3×ρ2+C白云石MgCO3×ρ3)+F方解石×η方解石×(C方解石CaCO3×ρ2+C方解石MgCO3×ρ3)+F轻质碳酸钙×η轻质碳酸钙×(C轻质碳酸钙CaCO3×ρ2+C轻质碳酸钙MgCO3×ρ3)+F其它碳酸盐类原料×η其它碳酸盐类原料×(C其它碳酸盐类原料CaCO3×ρ2+C其它碳酸盐类原料MgCO3×ρ3)
(12)
式中：E过程——统计期内企业生产过程CO2排放量，tCO2;
F石灰石，F白云石，F方解石，F轻质碳酸钙，F其它碳酸盐类原料——统计期内企业相应原料的消耗量，t；
η石灰石，η白云石，η方解石，η轻质碳酸钙，η其它碳酸盐类原料——统计期内企业相应原料的利用率，wt%；
C石灰石CaCO3，C白云石CaCO3，C方解石CaCO3，C轻质碳酸钙CaCO3，C其它碳酸盐类原料CaCO3——统计期内企业相应原料中CaCO3的质量分数，wt%；
C石灰石MgCO3，C白云石MgCO3，C方解石MgCO3，C轻质碳酸钙MgCO3，C其它碳酸盐类原料MgCO3——统计期内企业相应原料中MgCO3的质量分数，%wt；
ρ2——CO2与CaCO3之间分子量换算系数，44/100;
ρ3——CO2与MgCO3之间分子量换算系数，44/84。
根据上述的计算公式，如果生产企业能够准确地测算碳酸盐类矿物的消耗量，则核算过程排放产生的CO2量将非常精准。但根据笔者近几年碳排放的核查经验，由于陶瓷砖(板)生产企业所用的原料种类较多，且企业很难准确地区分所用的原料是属于碳酸盐类矿物还是硅酸盐类矿物，因此绝大多数生产企业在计算生产过程排放的CO2时概念不清晰、数据计算不准确。为遵循碳排放量核算的保守性原则，同时便于生产企业计算过程排放产生的CO2量，建议不能准确测算碳酸盐类矿物消耗量的生产企业可按各认证单元陶瓷砖(板)中粉料中的CaO和MgO的含量进行CO2的测算。
1.3 净购入电力产生的CO2排放
净购入电力产生的CO2排放，主要指陶瓷生产企业生产用电设备消耗净购入电力所含的CO2排放。主要耗电工艺、工段包括：原料堆场与配送、原料破碎、球磨、搅拌、筛分、坯体成形、施釉、坯体干燥、冷却、产品输送等。该部分排放实际发生在生产电力企业控制的设施上。国家主管部门发布的CO2排放因子介于0.81～0.91 kgCO2/kW·h之间，这已考虑到电厂发电效率和输变电设备及线路消耗。陶瓷砖(板)生产企业作为不带矿山的终端用户可采用0.86 kgCO2/kW·h这一排放因子进行计算。这一排放因子也是NPVC-LC-TS0005-2016《陶瓷砖(板)低碳产品评价方法及要求》所选定的数值。
根据NPVC-LC-TS0005-2016《陶瓷砖(板)低碳产品评价方法及要求》的规定，净购入电力产生的CO2排放量可按下式计算：
E电力=EA电力×EF电网=EA电力×0.86
(13)
式中：EA电力——统计期内企业净外购生产用电量，MW·h；
EF电网——电网CO2排放因子，tCO2/MW·h。根据认证技术规范，取0.86。
根据“NPVC-LC-TS0005-2016《陶瓷砖(板)低碳产品评价方法及要求》附录A 陶瓷砖(板)低碳产品碳排放计算方法”中A1 计算范围(陶瓷砖(板)低碳产品CO2的计算范围仅包括从原材料进厂到产品出厂整个制造过程的直接排放与间接排放)的要求，企业在统计电力消耗时仅需统计生产系统的用电消耗，可不包括附属生产系统及生产管理部门的电力消耗，如公司办公大楼、职工宿舍、食堂、熔块的制备、色料的制备等。
在此特别提示，各生产企业在统计电力消耗时应特别关注线路损失(在电力网传输分配过程中产生的有功功率损失和电能损失统称为线路损失。线损的种类可分为统计线损、理论线损、管理线损、经济线损和定额线损等5类)。建议各生产企业在统计电力消耗时以公司安装的总电表上的读数为准。若此电表的电量包含了附属生产系统及生产管理部门的电力消耗，则应在计算电力消耗时给以扣除。
2 陶瓷砖(板)生产过程中CO2总排放量
陶瓷砖(板)生产企业CO2排放总量按下式计算：
E=E燃烧+E过程+E电力
(14)
式中：E——企业CO2排放总量，tCO2
根据我们对相关陶瓷砖(板)生产企业的核算结果进行分析可知，当生产企业采用煤制水煤气作为燃料时，燃料燃烧排放的CO2量(E燃烧)占排放总量的75%左右、净购入电力排放的CO2量(E电力)占排放总量的25%左右、剩余的是过程排放的CO2量(E过程)，不到排放总量的1%；当生产企业采用天然气作为燃料时，燃料燃烧排放的CO2量(E燃烧)占排放总量的55%左右、净购入电力排放的CO2量(E电力)占排放总量的44%左右、剩余的是过程排放的CO2量(E过程)，其数量也不到排放总量的1%。因此有专家建议，在核算陶瓷砖(板)生产企业的CO2排放总量时可以不考虑过程排放。
3 单位产品CO2排放量
陶瓷砖(板)生产企业生产单位产品的CO2排放量可按下式计算：
E单位=(E燃烧+E过程+E电力)/Q
(15)
式中：E单位——生产1 m2陶瓷砖(板)产生的CO2排放量，tCO2/m2;
Q——统计期内陶瓷砖(板)合格品的总产量，m2。
4 需要关注的几个问题
1)为准确核算燃料燃烧及净购入电力产生的CO2排放量，各生产企业均应准确计量统计期内所消耗的各种化石燃料的数量和电力资源。这项工作对于进行碳排放量核算来说十分重要。
2)针对燃烧水煤气的陶瓷砖(板)生产企业，由于煤制气过程中的另外一种副产品(炉渣)通常含有600 kcal/kg左右的热值(由于煤气发生炉的型号及操作手法不同，因而不同的生产企业差别较大)，且炉渣的产生率为干煤质量的8%～11%(与烟煤的性质、煤气发焦炉的结构和状况以及原料煤中的灰分含量有关)，因而在计算化石燃料燃烧排放时建议扣除炉渣所含的CO2排放。
3)在统计电力消耗时，建议各生产企业以公司安装的进厂总电表及生产线电表作为活动水平数据的依据。若进厂总电表的电量包含附属生产系统及生产管理部门的电力消耗，则在计算电力消耗时应预以扣除。
4)针对过程排放，如果生产企业能够准确地测算碳酸盐类矿物的消耗量，则过程排放产生的CO2数量可准确计算。若不能准确计算时，则建议按粉料中的CaO和MgO的含量来推算过程排放的CO2数量。这一核算方式也符合碳排放量核算的保守性原则。
5)数据统计期应在产品正常和稳定生产的基础上，基于可计量、可追溯的统计期进行统计。一般情况下应以财务年为统计期。
6)在进行碳排放核算时，应按NPVC-LC-TS0005-2016《陶瓷砖(板)低碳产品评价方法及要求》规定，对吸水率E≤0.5%的陶瓷砖(板)、吸水率0.5%
7)为早日实现绿色低碳和可持续发展,建议有条件的陶瓷砖(板)生产企业尽早使用清洁能源如天然气作为能源。从近几年的核算结果可以发现，采用天然气作为能源的生产企业，其单位产品CO2的排放量只是传统企业的75%～80%。这一结果也和煤气站的水煤气转化率(75%左右)较吻合。
