建筑垃圾资源化利用的碳减排潜力分析

2022-06-18邱巨龙丁杉

新型工业化 2022年3期

邱巨龙，丁杉

（江苏省工程咨询中心有限公司，江苏南京 210003）

0 引言

“2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”既是我国对国际社会的承诺，也是国内构建绿色循环发展体系的内在要求。随着我国工业化和城镇化进程不断加深，建筑业在完成基础建设任务的同时，还消耗了大量资源和能源，并且产生大量废弃物，给环境带来了沉重负担。据统计，2018年全国建筑全过程碳排放总量约为49.3亿吨CO2，占全国碳排放的比重为51.3%[1]。可见，建筑过程中的碳排放量逐渐成为影响我国碳排放量的关键因素，如何减少建筑的碳排放量成为备受关注的热点问题。按照全生命周期（LCA）评价理论，建筑生命周期可分为建材生产、建材运输、建筑施工、建筑运行、建筑拆除、废弃物处置等六个阶段[2]。尽管有较多学者研究了建筑过程的碳排放量，如满传军等[3]在校园建筑碳排放评估及控制研究中，分别考虑了施工和材料的碳排放，施工碳排放包括用电、用水和材料运输，材料碳排放包括钢筋、水泥、砂石等建筑材料；蔡向荣等[4]在分析住宅建筑的碳排放时，则将施工能耗分为建筑材料的运输能耗和建筑施工过程中的能耗。但是，目前的研究多集中于建筑生命周期的前四个阶段，对于建筑拆除和废弃物处置阶段的碳排放研究较少。

事实上，伴随建筑活动产生的建筑垃圾废弃物已经占城市废弃物的40%，且呈现快速增长的趋势[5]。目前，建筑垃圾主要产生于建筑施工活动和房屋装修等，其中建筑施工活动产生的建筑垃圾量占比约为30%，建筑垃圾产生率约为550吨/万平方米建筑施工面积。据此测算，我国2020年我国建筑垃圾的产量已达到28亿吨。然而对于建筑垃圾的管理还不够完善，建筑垃圾总体资源化利用率约为10%，较欧、美、日、韩等国家相比差距较大[6]。对于加快建筑垃圾综合利用产业的发展进程，高青松等[7]提出要实施建筑垃圾拆解、分类、收运、加工一体化作业流程，以及制定合理的再生产品标准等举措。有学者[8-9]介绍了建筑垃圾的回收利用技术和主要再生产品，如环保型砖、再生骨料、再生混凝土等。

建筑垃圾的资源化利用具有较好的降碳潜力，苏永波[11]提出了基于直觉模糊层次分析法的建筑垃圾资源化利用评估模型，认为在建筑现场进行垃圾破碎后再集中外运，并结合再生砌块和回填路基模式的资源利用效果最优。范永法等[10]认为建筑垃圾回收利用的碳减排量可采用被再生骨料代替的砂、碎石在生产和运输过程中产生的碳排放量作为使用了再生骨料后的碳减排量来考虑。陈莎等[2]对废弃物处置阶段设置不同情景，分析了废弃物回收再利用的比例越大，碳减排的效益越好。但是现有的研究多以定性分析或情景假设为主，对于建筑垃圾综合利用能够产生的减排降碳潜力仍然缺少较为系统的计算方法和量化指标，在估算建筑垃圾综合利用项目的具体效益时造成较大的困扰。

本文以清洁发展机制（CDM）中方法学为基本逻辑，结合我国建筑垃圾综合利用现状，从再生产品替代的角度对比分析项目实施的二氧化碳减排量，为进一步研发回收利用技术、提高回收利用效率，估算建筑垃圾综合利用项目效益提供参考。考虑数据的可获得性，本文仅考虑项目实施带来的二氧化碳减排潜力，未考虑因减少填埋等带来的甲烷等其他温室气体减排量，符合CDM方法学规则以及我国自愿减排实际情况。

1 碳排放源与核算方法

1.1 碳排放源分析

我国建筑垃圾资源化利用的主要途径包括：一是将废钢筋、废铁、废铝等金属废料及其配件，经过拆解、分类处置后重新加工制成不同规格的金属建材；二是将废竹木材进行粉碎再加工制成人造板材及相关木制品；三是将混凝土、砖石等建筑废料经破碎、筛分后形成再生骨料，进而可以替代天然骨料制成不同的再生建材产品。以江苏某建筑垃圾资源化利用企业为例，其建筑垃圾资源化利用主要步骤如下：

上述步骤中包括拆迁、运输、处置和再生利用四个环节，各环节涉及的排放源如表1所示。

表1 主要排放源

按照表1所示的排放环节和排放源，在建筑垃圾资源化利用过程产生的二氧化碳可采用以下公式计算：

式中，PEy表示第y年该项目总的二氧化碳排放量；PE处理，y表示第y年建筑垃圾处理过程中排放量（tCO2）；PE再生，y表示第y年建筑垃圾再生利用过程中排放量（tCO2）。

1.2 碳排放计算方法

建筑垃圾处理和再生过程中可能涉及到二氧化碳排放的主要有车辆运输、电钻施工、产品生产时消耗的柴油和电力，以及消耗的非再生材料，如水泥及添加剂、天然砂。参考《工业其他行业企业温室气体排放核算方法与报告指南》，碳排放量包括化石燃料燃烧产生的二氧化碳排放、净购入电力消费隐含的二氧化碳排放和原材料使用隐含的二氧化碳排放，计算公式如下：

式中，EGHG表示项目总的二氧化碳排放量（tCO2）；E燃烧表示化石燃料燃烧的排放量（tCO2）；i表示化石燃料种类；ADi表示第i种化石燃料的活动数据（GJ）；CCi表示第i种化石燃料的单位热值含碳量（tC/GJ）；OFi表示第i种化石燃料的碳氧化率，以%表示，取值为0-1；44/12表示二氧化碳与碳的相对分子质量之比；E净电表示净购入电力消费产生的排放量（tCO2）；AD电表示购入使用电量（MWh）；EF电表示电网排放因子（tCO2/MWh）；E原料表示购入使用原料产生的排放量（tCO2）；AD原料表示购入使用原料（t）；EF原料表示原料排放因子（tCO2/t）。

2 数据来源及计算结果

2.1 数据来源

通过调研，获取江苏省某建筑垃圾综合利用企业实际运营数据。该企业2020年共处置建筑垃圾140.8万吨，具体情况如表2所示。在拆迁环节，共拆建垃圾134.1万吨、装修垃圾6.7万吨，产生废铁6.7万吨、废木13.4万吨。在处置环节，产生废铁0.1万吨、废木0.2万吨，以及若干内用和外销的砼骨料、砖骨料和机制砂。在再生利用环节，外购水泥及添加剂9.35万吨，外购天然砂4.95万吨，产生砖、砂浆、混凝土、水稳等再生产品72.5万吨。整个拆迁、运输、处置和再生环节共消耗电力727万kWh、柴油151.6万升。

2.2 计算结果

由式（2）可知，该企业需要计算碳排放量的为柴油和电力消耗，以及外购水泥和天然砂原料，将这四部分的消耗量代入式（3）-（5）即可得到相应的碳排放量，具体计算过程如表3所示。其中柴油按照密度0.84 kg/L换算得到用量为1273.7万吨。通过计算，当建筑垃圾综合利用示范项目运营以后，通过回收利用建筑垃圾产生表2中所示的砼骨料、砖、砂浆、混凝土等材料的情况下，产生的二氧化碳排放总量为77835吨，其中柴油消耗碳排放为4006吨，电力消耗排放为4965吨，原材料使用隐含的碳排放量为68864吨。

表3 项目碳排放数据计算表

2.3 碳减排量

为定量分析该企业建筑垃圾资源化利用项目产生的二氧化碳减排量，本文采用有无对比分析法，计算了无项目情景下采用传统工艺生产表2中所示的砼骨料、砖、混凝土、废钢铁、砂浆等产品产生的直接二氧化碳排放。计算公式如下：

表2 江苏某公司2020年建筑垃圾综合生产情况

式中：Qi表示再生产品（回收利用物资）年产量（吨）；EFi表示传统工艺生产再生产品（回收利用物资）的二氧化碳排放因子（tCO2/t产品）。具体计算过程如表4所示，通过计算，无建筑垃圾资源化利用情景下生产等量再生产品所产生的碳排放量为28.96万吨。

表4 基准情景碳排放数据计算表

二氧化碳减排量按照如下公式计算：

式中：ERy表示第y年的项目减排量（tCO2）；BEy表示第y年的无项目情景排放量（tCO2）；PEy表示项目情景下第y年的项目排放量（tCO2）；LEy表示第y年项目泄露（tCO2）。

根据上文情景分析，无项目情景下碳排放总量为28.96万吨，项目情景碳排放量为7.78万吨，本项目无泄露排放。因此，该企业建筑垃圾资源化利用项目实施后的二氧化碳减排量约为21.18万吨，该项目共处置了140.8万吨建筑垃圾，则平均每综合1吨建筑垃圾带来的二氧化碳减排量约为0.15吨。

3 碳减排潜力分析

江苏是全国建筑业第一大省，2020年建筑施工面积达26.74亿平方米，占全国总量的13.4%，“十三五”期间，建筑施工面积累计增长24%，年均增速4.4%。按照每10000平方米建筑施工面积平均产生550吨建筑垃圾估算[14]，江苏省2020年建筑施工产生的垃圾约为1.47亿吨，按建筑施工产生的垃圾占建筑总垃圾量的29.52%左右估算，江苏省2020年建筑垃圾产业约为5亿吨，若全部资源化再利用可减少二氧化碳排放0.75亿吨，约占全省碳排放总量的9.7%。

未来10年，江苏省将推动绿色建筑高质量发展，杜绝大拆大建，深入实施城市微更新和建筑垃圾减量化，建筑施工面积将呈现年均3%低速增长，建筑施工产生的建筑垃圾占比及单位施工面积垃圾产生量将不断下降。初步预测，到2030年江苏省建筑垃圾产生量将达到6.8亿吨。若江苏省建筑垃圾80%实现资源化利用，按照类比分析法，可减少二氧化碳排放0.82亿吨，约占全省碳排放总量的10%左右。