二氧化碳排放检测技术应用与拓展浅析

张　芮　陈　伟　张紫禾　陈　颖

（1.天津环科环境咨询有限公司 天津 300191 2.国网天津市电力公司经济技术研究院 天津 300171 3.天津市环境保护科学研究院 天津 300191）

引言

二氧化碳是引起气候变化的主要温室气体，在《京都议定书》第一承诺期约定的六类温室气体中，二氧化碳排放量占全部温室气体排放总量的90%以上。二氧化碳排放主要由工业生产企业的能源活动与工业生产过程两部分构成，钢铁、化工、电力等行业属于二氧化碳重点排放行业。随着2017年全国碳交易市场（发电行业）的正式启动，以及我国在《巴黎协定》中承诺将在2030年前后实现二氧化碳排放达峰的目标[1]，以二氧化碳减排为主导的应对气候变化研究工作已成为国际社会和我国政府焦点问题。

二氧化碳的有效减排取决于准确的排放计量，准确的排放计量为摸清二氧化碳的排放现状和特征、开展碳排放统计核算体系建设和核算工作提供依据。目前，国际通用的二氧化碳排放计量方法包括检测法[2]与核算法[3]两类。其中，检测法具有精度高、误差小的优点，但成本相对较高，且需要配套完善的技术规范；而核算法恰恰相反，数据相对易于收集、简便易行，但数据不确定性相对较高，且由于排放因子相同，无法体现不同类型企业的差异性。欧盟、美国等发达国家在温室气体排放计量工作上已相对成熟，实现了二氧化碳等常规温室气体检测体系的配备和应用，而我国温室气体排放计量工作起步时间较短，现仍依靠核算手段，具有操作虽简便易行但规范性和精确性受到制约的特征，且服务于监测管理的检测技术体系建设尚未系统展开，对固定排放源温室气体排放检测的指南方法和技术规范尚未出台。为此，深入研究二氧化碳排放检测技术并推广应用，更有助于建立健全有效的二氧化碳排放计量体系，更好地为二氧化碳减排和应对气候变化工作奠定坚实的基础。

1　二氧化碳排放检测技术概述

基于不同方法的学科背景，国际上现行的二氧化碳排放检测技术方法可分为化学分析法、电化学分析法、物理光学分析法和物理化学技术联用法四个类型。其中，化学分析法包括人工滴定法、化学吸收法、气相色谱法[4]；电化学分析法包括自动电位滴定法和电化学传感器法[5]；物理光学分析法[6-7]包括红外吸收光谱法、可调谐半导体/二极管激光吸收光谱法、中红外LED光源差分吸收光谱法；物理化学技术联用法包括光声光谱法、气相色谱-傅里叶变换红外光谱联用法[8]。经过对各方法从仪器设备、检测过程、检测结果三方面综合分析发现，化学分析法最为传统，其原理简单、操作简便，但响应速度较差；电化学分析法在技术上虽较化学分析法有所突破，但其检测精准度和稳定性不佳；物理化学技术联用法技术新颖，但还未广泛应用；以红外吸收光谱法为代表的物理光学分析法是国际上普遍认可的且综合表现最优的二氧化碳检测方法。

因此，我国应以红外吸收光谱物理光学分析法为切入点开展对二氧化碳排放检测技术的研究，培养二氧化碳检测领域的专业人才，成立专门的检测研究队伍，填补我国在二氧化碳排放检测技术研究上的空白。此外，在理论研究的基础上还应该配合相应的试点示范工程，推进二氧化碳排放检测技术的实际应用，开展更加科学高效的创新技术研究，力争探究出对我国各行业各类型排放源具有普适性的二氧化碳排放检测技术，使二氧化碳排放检测技术得到各行各业的认知和科学应用。

2　二氧化碳排放检测技术应用

2.1　完善碳排放统计核算体系

研究二氧化碳排放检测技术，开展二氧化碳检测示范工作，通过施用多种二氧化碳排放检测技术于同一固定排放源进行检测，比较不同检测方法之间、检测方法与排放因子核算法之间的二氧化碳排放结果的差异，探究检测法与核算法之间的匹配性，以及检测法的可行性，研究出相比于核算法计量更为精准的检测法，可帮助我国企业科学核算和规范报告自身的温室气体排放，促进企业和有关部门提高碳排放报告、监测与核查（MRV）水平，鼓励企业积极参与碳排放交易，促使企业制定自身的温室气体排放控制计划，强化企业社会责任。同时，碳排放统计核算体系的健全，也为应对气候变化主管部门建立并实施重点企业温室气体报告制度奠定基础，为掌握重点企业温室气体排放情况，制定相关政策提供支撑。

2.2　建立本地化碳排放因子库

《IPCC国家温室气体清单指南》和“中国分行业温室气体排放核算方法与报告指南”中提供的温室气体核算方法存在高估排放因子的可能，致使计量结果与实际排放情况不符[9]。以二氧化碳排放行业为研究重点，选取典型企业的固定排放源作为检测对象研究二氧化碳排放检测技术，并运用二氧化碳排放检测技术计量出的二氧化碳排放结果，反推出相应固定源、相应燃料的排放因子值[10]，与核算方法的排放因子库数据相对比，可针对不同行业的实际情况对排放因子库做出合理校正，形成国家及省市级本地化排放因子库，同时加强检测方法与核算方法的适配性，使二者都能科学精准地服务于温室气体计量工作。

2.3　拓展环境检测业务领域

在二氧化碳排放检测技术研究成熟的基础上，研究在现有环境检测机构检测业务中，引入对重点排放企业和二氧化碳排放履约企业的二氧化碳检测业务，为企业提供检测设备和检测服务，出具企业年度碳排放报告，供企业实时掌握本企业生产生活过程中二氧化碳的排放情况并做出控排调整。环境检测机构可肩负企业整个碳排放控制的相关工作，不仅可以为企业提供技术支持，确保企业排放自查的高效准确性，还能负责收集企业排放核查所需的相关资料并出具给核查机构，实现检测工作与核查机构核查工作的高效对接，为核查机构的核查工作提供便利。

3　二氧化碳排放检测技术拓展

3.1　重视其他温室气体排放，推动温室气体检测技术研究

除了二氧化碳之外，甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫和三氟化氮等六种温室气体对气候变化的影响也不容忽视。科研机构和相关专家应在二氧化碳排放检测技术逐渐成熟的基础上开展对该六种温室气体检测技术的研究，研究温室气体与大气污染物排放参数同步获取、协同分析的方法，建立相应的标准方法体系。确定出我国排放该六种温室气体的具体企业类型和相关生产环节，对重点企业和生产环节开展温室气体检测技术示范，研究温室气体排放检测方法与排放因子核算方法的适配性，完善温室气体检测技术和温室气体核算方法，拓展环境检测机构对温室气体全面检测的业务领域。

3.2　研究温室气体与污染物协同治理，启动温室气体环境数据库建设

空气质量监测系统可对空气中二氧化硫、二氧化氮、臭氧、可吸入颗粒物等污染物进行监测和数据分析，能够反映出监测区域的空气质量状况及变化规律。二氧化碳虽因不属于污染物而未纳入空气质量监测系统之中，但因其是全球变暖的主要影响物，因此可利用我国现有的环境监测系统中的监测点位，加装对二氧化碳气体检测的模块，监测区域空气中二氧化碳的浓度变化和整体含量水平，并与监测出的区域的空气质量状况及污染物浓度变化规律相结合，综合分析二氧化碳与其他污染物对空气质量产生的共同影响，从而研究温室气体与污染物协同治理的方法，协同改善大气环境质量。

通过对二氧化碳排放检测和环境监测的结合应用，可构建不同层级环境数据库，将区域二氧化碳和污染物气体检测结果纳入其中，为环保部门的环境决策、环境管理、污染防治等工作提供科学保障，为国家和地方今后长期开展气候变化研究、环境空气质量研究等工作提供数据和技术支持。

4　政策建议

4.1　发挥政府主导作用，开展示范研究

二氧化碳排放检测技术是碳排放统计核算体系中检测手段计量的方法。为了更好地研究二氧化碳排放检测技术并推动碳排放统计核算体系建设工作顺利进行，建议政府发挥其主导作用，号召重点行业企业实施对二氧化碳排放检测技术应用的示范工程，使企业能够通过二氧化碳排放检测技术科学地掌握企业的温室气体排放情况。政府应及时解决示范工程中遇到的重大关键问题，通过示范调整二氧化碳排放检测技术应用，使其更好地服务于二氧化碳排放统计核算体系建设工作。政府应负责推广二氧化碳排放检测技术在重点排放企业中的认知并应用于实际的核算核查工作中，使其为我国的碳排放统计核算体系建设工作的开展与深入打下良好的基础，开拓出更广阔的发展空间。

4.2　提供资金支持，鼓励技术研究和应用

我国对二氧化碳排放检测技术的研究和应用属于初探阶段，建议政府设立专门的研究项目，成立专门的研究机构，对二氧化碳排放检测技术开展专项研究，使其更适用于地方碳排放统计核算体系建设工作。政府应对研究工作提供资金支持，必要的可形成温室气体检测技术研究资金投入长效机制，对除二氧化碳之外的甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫和三氟化氮等六种温室气体实行全面检测技术研究，使检测技术能够全面覆盖碳排放统计核算的计量内容。政府应投入对专业环境检测人员的培训，开辟温室气体检测业务，规定企业接受检测人员对其生产排放源的检测。

4.3　开展国内外交流合作，助力技术引进

建议政府组织科研机构的研究人员向国际国内专家学习更为先进的二氧化碳排放检测技术方法，定期开展交流合作，跟踪温室气体检测技术的研究进展，为研究机构吸纳专业技术性人才，优化温室气体检测领域的人才技术环境，促进技术引进再创新，引领检测设备的联合开发业务。建议政府推动研究人员就二氧化碳排放统计核算体系的建设工作进行交流，学习典型核算难题的解决方案，分享排放核算工作中的政策制定方法，以促进我国的碳排放统计核算体系的建设工作。

结语

在抑制全球变暖和应对气候变化的严峻工作背景下，二氧化碳排放检测技术的研究既具有可观的现实意义、又具有深刻的长远意义，二氧化碳排放检测技术的可应用领域也极其广泛，深入研究二氧化碳排放检测技术并围绕其拓展，也能为温室气体排放控制工作带来不凡的意义，在政府和环保部门的低碳环保工作中，应合理利用政策手段为二氧化碳排放检测技术的研究和应用提供更多的支持和支撑，从而使我国尽快实现控排、减排、排放达峰的目标。

[1]巢清尘,张永香,高翔,等.巴黎协定:全球气候治理的新起点[J].气候变化研究进展,2016,12(1):61-67.

[2]张宁,张紫禾,康磊,等.固定排放源CO2排放检测方法综述[J].中国环境管理干部学院学报,2016,26(6):60-62.

[3]IPCC.2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories[M].Japan:IGES,2006.

[4]James A T,Martin A J P.Gas-liquid partition chromatography;the separation and micro-estimation of volatile fatty acids from formic acid to dodecanoic acid[J].Biochemical Journal,1955,61(1):174-176.

[5]ZHOU Zhongbai,HE Baoshan,FENG Liangdong,et al.Multi-sensor technique and solid-state electrochemical sensor system for real-time and dynamic monitoring of multi-component gases[J].Sensors&Actuators B:Chemical,2005,108(1/2):379-383.

[6]Hummelga Rd C,Bryntse I,Bryzgalov M,et al.Lowcost NDIR based sensor platform for sub-ppm gas detection[J].Urban Climate,2014,14:342-350.

[7]Kwon J,Ahn G,Kim G,et al.A study on NDIR-based CO2 sensor to apply remote air quality monitoring system[C]//ICCAS-SICE.IEEE,2009:1683-1687.

[8]Zhang Wang,Wu Zhiying,Yu Qingxu.Photoacoustic spectroscopy for fast and sensitive ammonia detection[J].Chinese Optics Letters,2007,5(11):677-679.

[9]LIU Zhu,GUAN Dabo,WEI Wei,et al.Reduced carbon emission estimates from fossil fuel combustion and cement production in China[J].Nature,2015,524(7565):335-8.

[10]张宁，张紫禾，张景奇，等.燃气-蒸汽联合循环发电CO2排放量量化方法比较[J].环境科学研究,2017,30(9):1489-1496.