中国煤化工行业开展CO2强化深部咸水开采技术的潜力评价

中国是煤转化的技术引领者,已建、拟建和审批了大量煤转化企业;随之带来了严峻的CO₂排放和水资源缺乏的问题。CO₂强化深部咸水开采（CO₂-EWR）技术是大规模CO₂减排和水资源开采的方法,特别适合缺水区域的煤化工行业。煤化工企业工艺排放的高浓度CO₂结合CO₂-EWR技术可以较低成本实现CO₂减排,并部分解决工业缺水的问题。研究首先建立了行业尺度的包括源汇匹配、技术经济评价、CO₂排放量评估和封存场地适宜性评价等方法的全流程碳捕集、利用和封存技术经济评估方法（ITEAM-CCUS),然后采用该方法对2018年的煤化工企业排放的高浓度CO₂开展全流程CO₂-EWR项目的源汇匹配、成本范围及减排潜力进行评价并得到：大部分的源汇组合分布在中国西北、华北及北部等干旱地区;基于煤化工厂2018年的实际产量和100%总产能计算,高浓度CO₂年排放量分别是190 Mt和1726 Mt;当全流程CO₂-EWR项目的平准化成本低于200元/t CO₂时,累计CO₂减排量分别为160 Mt/a与1569 Mt/a,地下水产量分别为241 Mt/a与2353 Mt/a。研究结果表明煤化工CO₂-EWR技术是中国煤化工行业低碳可持续发展的关键技术,也为中国部署大规模CCUS提供了低成本机会。     

供热行业碳排放基准线研究——以沈阳市为例

根据沈阳市72家供暖企业调研数据,利用IPCC温室气体清单方法核算供热企业碳排放量。结果表明：在151 d供暖期内,不同热源形式碳排放强度差异显著,小型分散锅炉房平均碳排放强度为58.25 kg CO₂/m²,区域锅炉房为53.42 kg CO₂/m²,热电联产为49.87 kg CO₂/m²,组合式热源（燃煤锅炉+热泵）为34.49 kg CO₂/m²,清洁能源为21.58 kg CO₂/m²。基于不同热源形式碳排放强度和清洁发展机制推荐的基准线确定方法,设置了实际排放、历史排放、单体容量40 t/h以上区域锅炉房排放、热电联产排放、技术水平领先前30%和40%企业排放6种基准线情景。通过各个碳排放基准线值比较,结合沈阳市的经济技术发展水平和未来碳交易市场计划,建议选择技术水平领先前40%企业排放情景下的碳排放基准值46.57 kg CO₂/m²作为沈阳市2013年供暖行业的碳排放基准线。以此基准线为起始基准线,对2014-2020年的碳排放基准线进行了预测。     

基于飞行阶段的精细化航空二氧化碳排放因子研究

航空运输是交通领域CO₂排放增长最快速的部门。文中选择中国民航使用频率较高的超大型、大型、中型和小型飞机的典型机型,基于不同飞机在起飞、爬升、巡航、接近和滑行阶段引擎油耗速率、运行时间和油耗量的变化,计算航空飞机CO₂排放因子。同时结合各机型碳排放因子、额定载客量与客座率评估旅客搭乘不同飞机时的人均CO₂排放量（即单位客运周转量CO₂排放因子)。结果显示,超大型飞机、大型飞机、中型飞机和小型飞机在其航程区间内的平均CO₂排放因子分别为49.8、31.7、16.2和8.5 kg CO₂/km;满载条件下单位客运周转量CO₂排放因子均值分别为102.6、95.2、81.7和112.4 g CO₂/(人∙km)。起飞和爬升阶段引擎油耗速率约为巡航阶段油耗速率的2.6~3.4倍和2.0~2.8倍,飞机CO₂排放因子随飞行里程的提高而降低。航空运输是高碳客运方式,相同里程条件下,航空单位客运周转量CO₂排放因子显著高于高铁、道路机动车等其他客运方式。提升燃油效率、减少短途航运、合理安排航线以提高客座率并减少中途转机是降低航空碳排放量的有效途径。     

美国气候新政背景下的中国未来CO2排放情景预测

本文应用LMDI分解分析方法对中国2000—2014年生产部门CO₂排放量变化做因素分解分析,同时结合STIRPAT模型建立CO₂预测模型,分析2017—2030年中国的CO₂排放情况。结果表明,经济增长和能耗强度变化对中国CO₂排放量变化的影响分别为114.9%、-22.6%。基于预测模型变量构建未来情景,设定正常路线、减排路线和激进路线3条路线,共包含9种情景。正常路线的低碳情景和减排路线的基准情景下可实现2025年达到CO₂排放峰值,减排路线的低碳情景可实现2020年达到排放峰值。     

2℃温升目标下中国排放配额分析

本文以国际社会当前所有主要分配方案为基础,研究了2℃温升目标下中国2011-2050年间排放配额,通过控制变量进一步分析了配额分配对于主要参数设置的敏感性。研究结果表明,在与2℃目标相兼容的RCP2.6路径下,到2050年中国CO₂累计排放配额范围为150～440 Gt CO₂,基于等人均排放的分配方式已经变得最不利于中国。为维护合理的排放权益,在气候谈判中中国必须坚持对历史排放的完整追溯。全球排放路径的设定对中国配额也有着非常显著的影响,当2050年全球配额比2010年排放减少40%～50%时,中国在2℃目标下CO₂累计配额范围为151～474 Gt CO₂,当减少50%～60%时为138～478 Gt CO₂,构成中国配额公平范围下限的方案受排放路径的影响更大。     

工业部门污染物治理协同控制温室气体效应评价——基于重庆市的实证分析

以高能耗为主要特征的工业部门是大气污染物和温室气体的重要排放源。为推动协同管控,文中结合生态环境部在重庆市组织开展的试点工作,对工业企业NOx污染治理协同控制温室气体的效应进行了量化分析。结果表明,以末端治理为手段的NOx治理措施协同控制温室气体的效果为负,即工业企业去除1 t NOx会直接或间接增加CO₂排放1.811 t,采用SNCR技术且选择氨水等非尿素类脱硝剂有助于减少工艺过程和电力间接CO₂排放。2017年工业企业NOx减排导致CO₂排放增加52.57万t,占重庆市能源活动CO₂排放总量的0.3%。电力碳排放因子降低1%和降低5%情景下,NOx减排的总协同度将分别提高0.9%和4.3%,尤以水泥制造业的协同效果改善最明显。减少尿素使用和提高电力低碳化程度有助于降低工业领域NOx减排对CO₂排放的负协同效果。     

碳中和愿景下的污水处理厂温室气体排放情景模拟研究

污水处理厂运行过程中大量释放甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O),是重要的人为温室气体排放源。基于2005—2015年统计资料和IPCC核算方法,估算了2005—2015年中国生活污水处理厂CH₄和N₂O排放,分析了其排放特征和影响因素;依据碳中和愿景设定3种减排情景（低减排、中减排和高减排),并预估了2020—2050年排放趋势和时空变化。结果表明：2005—2015年间污水处理厂温室气体排放量呈稳定增长趋势,CH₄从1135.37万t CO₂e上升至1501.45万t CO₂e,N₂O从2651.08万t CO₂e上升为2787.05万t CO₂e,年均增速分别为2.8%和0.5%。3种减排情景下,2020—2050年CH₄和N₂O排放量时间上呈先增后减趋势,低减排情景下CH₄和N₂O排放量分别于2036年和2025年达到峰值,分别为2431万和2819万t CO₂e;中减排情景和高减排情景下CH₄峰值点分别出现在2027和2025年,而N₂O排放峰值均出现在2025年。2050年中减排和高减排情景下CH₄排放量相较于低减排情景减排率约为47%和94%;2050年低减排、中减排和高减排情景下N₂O排放量相较于2015年分别减排了12%、53%和95%。CH₄和N₂O排放量在空间上差异显著,华东地区排放量高,西北地区排放量低,东南区域所在省份排放量整体高于西北区域省份。影响因素中的经济发展程度与温室气体排放量密切相关。     

上海城市二氧化碳排放空间特征

构建上海1 km CO₂排放网格,分析市域（UB1）、市辖区（UB2）、建成区（UB3）和城区（UB4）4个城市范围的CO₂排放特征。上海市域CO2排放空间格局是以中心城区为核心,排放水平向外递减,形成了3个梯度。空间自相关分析表明,排放在空间上存在显著的集聚效应,部分地区高强度的经济活动和能源活动对周边区域的排放有显著影响。UB4是上海城市的最佳表征,2007年UB4内CO₂排放达到1.89亿t,人均排放12.04 t;UB4排放占UB1排放的75.40%,UB1人均排放比UB4人均排放高12%。上海城市化和工业化在空间上的高度重合,导致高排放源集聚于UB4内,形成UB4的高排放特征。个别网格的排放量已经占到区域或者城市总排放量的10%～20%;前10高和前100高排放网格,其累积排放总量分别占据了3个城市范围（UB1、UB3和UB4）总排放量的60%和80%以上。     

IPCC AR6报告解读：气候系统对二氧化碳移除响应

IPCC AR6报告中控温1.5℃和2℃的低排放情景需要在21世纪中叶以后实现净负CO₂排放,这需要在很大程度上依赖CO₂移除措施。AR6对CO₂移除的主要评估结论如下：CO₂移除有潜力从大气中去除CO₂（高信度);如果CO₂移除量超过CO₂排放量,将实现净负CO₂排放,降低大气CO₂浓度,减缓海洋酸化（高信度);通过CO₂移除方法从大气中去除的CO₂会部分被海洋和陆地释放的CO₂抵消（非常高信度);如果净负CO₂排放可以实现并且持续,CO₂引起的全球升温趋势将会逐渐扭转,但是气候系统的其他变化（例如海平面升高）仍会在未来的几十年到千年尺度上持续（高信度);不同CO₂移除方法会对生物化学循环和气候产生广泛的影响,这些影响会加强或减弱CO₂移除的降温潜力,并且影响水资源、食物生产和生物多样性（高信度）。     

中国交通部门污染物与温室气体协同控制模拟研究

开展交通领域大气污染物与温室气体协同减排研究对于实现能源、环境和气候变化综合管理具有重要意义。文中以我国交通部门污染物与温室气体协同治理为切入点,开展道路、铁路、水运、航空和管道运输等各子部门未来需求预测,并运用长期能源可替代规划系统模型（LEAP),通过构建基准情景、污染减排情景、绿色低碳情景和强化低碳情景,模拟分析我国交通领域能源需求、污染物及碳排放趋势。结果表明,强化低碳情景下,我国交通部门能源消费将在2037年达峰,CO₂排放将在2035年达峰;绿色低碳情景下,CO₂排放将在2040年达峰;淘汰老旧汽车、“公转铁”“公转水”等政策性措施将有效减少NOx、PM2.5等污染物排放,发展氢燃料、生物航油等技术性措施将进一步减少污染物排放;要实现交通领域绿色低碳发展,需分别对客运、货运交通从节能降碳与协同减排两方面实施相关措施,综合施策是完成能源消费与碳排放达峰目标的重要保证。     

交通运输温室气体核算边界和测算方法研究

交通运输行业是温室气体排放的主要来源之一。“双碳”目标对交通领域碳减排工作提出了更高的要求。我国交通运输行业能源消耗统计和温室气体排放测算的统计数据基础较为薄弱,目前国家层面尚未公布统一的交通运输温室气体核算方法,温室气体排放存在底数不清的问题,其核算边界、范围、方法都有待进一步明确。文中通过梳理国内外交通运输领域温室气体核算边界及测算方法,提出了适用于我国交通运输不同子领域温室气体的测算研究思路。并针对我国交通运输温室气体核算工作现存问题,从健全行业能耗与排放核算方法体系、建立交通运输能耗与碳排放数据共享机制、加强交通能耗与碳排放核算方法培训、强化数据质量管理等方面提出相应的政策建议,为我国交通运输行业温室气体排放核算工作的持续开展提供参考。     

世界主要CO2排放国家和地区的排放状况及对比分析

 通过对国际能源机构（IEA）最新公布的各国CO2排放量进行分析对比,结果显示,1990-2005年世界按购买力平价计算的CO2排放量整体呈下降趋势,降幅较大,而且在2000年之后基本保持稳定。经济合作与发展组织（OECD）国家按购买力平价计算的CO2排放量也有不同程度的减少,非OECD国家按购买力平价计算的CO2排放量与1990年相比整体上也呈现负增长,但各国情况相差较大。在人均排放量方面OECD国家普遍高于世界平均水平,而大多数非OECD国家则低于世界平均水平。     

中国参与长期（2000-2050年）CO2减排的情景选择

利用国外较为成熟的气候与经济综合评估模型（DICE/RICE）,通过调整CO₂排放控制率,对我国2000-2050年的若干CO₂排放情景进行了设定,在保证大气CO₂总量稳定的前提下开展了若干CO₂减排方案下我国CO₂排放量、经济发展水平和效用水平的影响评估。研究结果表明,若干CO₂减排方案都可以使未来200年的全球平均地表温度增量控制在3.2℃的气候安全阈值范围内,都可以有效地保护全球气候安全。当我国到2050年的CO₂排放量从2000年的253%控制为50%时,国内生产总值(GDP)的下降幅度从0.33%增加到12.22%,相对应的效用值的下降幅度从0.00422增加到0.09946,其下降幅度都随CO₂减排额度的加大而增加。为此,我国将要追加621.96亿～13784.73亿美元的气候投资,占GDP的0.19%～10.5%。因此,从最大程度地减少实施减排所需要的气候投资和对我国经济影响的角度出发,我国应该优先选择到2050年CO₂排放量控制为2000年的253%这个方案。     

中国二氧化碳排放源现状分析

通过对20世纪90年代中国几个主要温室气体研究项目中关于二氧化碳(CO2)排放源研究结果的综合分析,结合最新资料,对1990年的中国CO2排放源进行了收集和完善,对1994年中国CO2排放源重新做了计算.其中,工业生产过程的CO2排放,在以前的研究中仅仅计算了水泥一项,本研究中我们增加了石灰、钢铁、电解铝三项,力求使结果更接近实际情况.结果表明,1990年和1994年中国CO2矿物燃料燃烧和工业过程总排放分别为2218.9×106t(合605.1×106t碳)和2787.8×106t(合760.3×106t碳),分别占当年全球CO2总排放的10.2%和12.7%.能源和工业生产活动的CO2排放均有不同程度的增长.矿物燃料燃烧是中国CO2的最大排放源,占总排放的90%以上.对CO2排放源的不确定性分析表明,中国CO2排放存在大于10%的减排潜力.     

一种基于集合最优插值的排放源快速反演方法

基于集合卡尔曼滤波的源反演方法是估计排放源、提高空气质量模拟和预报精度的有效方法。为构建排放源与污染物浓度之间的误差协方差矩阵,该方法通常需要运行几十次大气化学传输模式。庞大的计算量限制了该方法的应用,使其无法为实时预报系统快速更新排放源。本研究发展了一种基于集合最优插值的排放源反演方法。该方法使用历史集合数据构建误差协方差矩阵,仅需一次常规的空气质量模拟便可根据观测模拟差异反演排放源,从而显著降低计算量。本文使用该方法同化2015年1月全国1107个地面站点观测的CO小时浓度数据,结合2014年1月的历史集合数据集,估计2015年1月全国15 km分辨率的CO排放源。该方案反演的全国CO排放总量仅比使用2015年1月集合数据集的反演量高1%,表明历史时段与反演时段的气象条件差异对月均CO排放的影响有限。使用历史集合数据集更新的排放源再次模拟可将全国349个独立验证站点的平均低估从0.74 mg m?3降至0.01 mg m?3,均方根误差降低18%,表明该方法可快速更新排放源并降低其不确定性。     

Assessment of the biospheric contribution to surface atmospheric CO2 concentrations over East Asia with a regional chemical transport model

A regional chemical transport model, RAMS-CMAQ, was employed to assess the impacts of biosphere–atmosphere CO2 exchange on seasonal variations in atmospheric CO2 concentrations over East Asia. Simulated CO2 concentrations were compared with observations at 12 surface stations and the comparison showed they were generally in good agreement. Both observations and simulations suggested that surface CO2 over East Asia features a summertime trough due to biospheric absorption, while in some urban areas surface CO2 has a distinct summer peak, which could be attributed to the strong impact from anthropogenic emissions. Analysis of the model results indicated that biospheric fluxes and fossil-fuel emissions are comparably important in shaping spatial distributions of CO2 near the surface over East Asia. Biospheric flux plays an important role in the prevailing spatial pattern of CO2 enhancement and reduction on the synoptic scale due to the strong seasonality of biospheric CO2 flux. The elevation of CO2 levels by the biosphere during winter was found to be larger than 5ppm in North China and Southeast China, and during summertime a significant depletion( 7 ppm) occurred in most areas,except for the Indo-China Peninsula where positive bioflux values were found.     

Regional spatial inventories (cadastres) of GHG emissions in the Energy sector: Accounting for uncertainty

An improvement of methods for the inventory of greenhouse gas (GHG) emissions is necessary to ensure effective control of commitments to emission reduction. The national inventory reports play an important role, but do not reflect specifics of regional processes of GHG emission and absorption for large-area countries. In this article, a GIS approach for the spatial inventory of GHG emissions in the energy sector, based on IPCC guidelines, official statistics on fuel consumption, and digital maps of the region under investigation, is presented. We include mathematical background for the spatial emission inventory of point, line and area sources, caused by fossil-fuel use for power and heat production, the residential sector, industrial and agricultural sectors, and transport. Methods for the spatial estimation of emissions from stationary and mobile sources, taking into account the specifics of fuel used and technological processes, are described. Using the developed GIS technology, the territorial distribution of GHG emissions, at the level of elementary grid cells 2 km?×?2 km for the territory of Western Ukraine, is obtained. Results of the spatial analysis are presented in the form of a geo-referenced database of emissions, and visualized as layers of digital maps. Uncertainty of inventory results is calculated using the Monte Carlo approach, and the sensitivity analysis results are described. The results achieved demonstrated that the relative uncertainties of emission estimates, for CO₂ and for total emissions (in CO₂ equivalent), depend largely on uncertainty in the statistical data and on uncertainty in fuels’ calorific values. The uncertainty of total emissions stays almost constant with the change of uncertainty of N₂O emission coefficients, and correlates strongly with an improvement in knowledge about CH₄ emission processes. The presented approach provides an opportunity to create a spatial cadastre of emissions, and to use this additional knowledge for the analysis and reduction of uncertainty. It enables us to identify territories with the highest emissions, and estimate an influence of uncertainty of the large emission sources on the uncertainty of total emissions. Ascribing emissions to the places where they actually occur helps to improve the inventory process and to reduce the overall uncertainty.     

中国制定企业温室气体核算指南的对策建议

在总结国内外企业层面温室气体核算指南的现状和发展趋势的基础上,指出了确定正确的核算边界、选取合适的排放核算范围以及选择准确的排放活动水平和排放因子数据,是中国编制企业温室气体核算指南面临的关键问题,并提出了完善中国企业层面温室气体核算体系的对策建议：一是完善中国企业温室气体排放管理的相关制度安排;二是现阶段选择企业作为核算边界,建立并完善重点企业和设施的温室气体直报系统;三是将外购电力和热力消费引起的间接排放也纳入核算体系中,并根据行业具体情况及未来发展趋势确定所包括的温室气体种类;四是完善数据计量及收集工作,加强统计工作能力建设;五是统一排放因子的选择规则,逐步建立中国的排放因子数据库;六是建议设定企业温室气体报告门槛。     

中国大陆黑碳气溶胶排放清单

The detailed high-resolution emission inventory of black carbon (BC) from China in the year 2000 was calculated. The latest fuel consumption data including fossil and biomass fuels, and socio-economic statistics used were obtained from government agencies, mostly at the county level, and some new emission factors (Efs) from local measurements were also used. National and regional summaries of emissions were presented at 0.2°×0.2°resolution. Total BC emission was 1499.4 Gg in 2000, mainly due to the burning of coal and biomass. The BC emission estimated here is higher than those in previous studies, mainly because the emissions from coal burning by rural industries and residences were previously underestimated. More BC aerosols were emitted from eastern China than western China. A strong seasonal dependence was observed for BC emissions, with peaks in January and December and low emissions in July and August; and this seasonality is mainly due to patterns in residential heating and the open burning of crop residues.     

基于观测的污染气体区域排放特征

利用2006年9月—2007年8月河北省固城生态与农业气象试验基地 (固城站) 反应性气体观测数据获得了CO与NO_x,CO与SO₂,SO₂与NO_x体积分数比的变化特征,并将观测得到的体积分数比与从INTEX-B等排放源资料得到的排放比进行比较研究。当风向来自北方向 (北京) 时,固城站的CO和NO_x体积分数显著高于其他方向,而来自南方向 (保定、石家庄) 时,SO₂体积分数显著高于其他方向。固城站观测到的CO与SO₂,CO与NO_x体积分数比分别为43.7和31.6,较排放比高出2~12倍。分析表明:排放源清单对CO排放低估了大约2倍以上,生物质燃料燃烧,尤其是收获季节大规模秸秆燃烧排放可能是重要的且被低估了的源。从观测数据估计得到秸秆燃烧期比平时CO大约多排放了90%±30%,忽略秸秆燃烧期额外排放对CO排放强度估计有重要影响。未来排放源清单编制和使用需要更加关注我国农业区秸秆燃烧排放对排放强度的影响。