温室气体的主要构成范文

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【关键词】温室气体；监测；本底浓度

1.引言

温室气体（Greenhouse Gases， GHG）是指大气中能产生温室效应的气体成分。《京都议定书》规定限排的6种主要温室气体为CO2、CH4、N2O、HFCs、PFCs和SF6，其时空分布及其变化在地气系统的辐射收支和能量平衡中起着决定性作用。温室气体监测是研究温室气体浓度变化趋势以及源和汇的构成、性质和强度等的基础，也是大气环境科学的重要课题[1]，因此开展温室气体监测工作，对温室气体分布评估和应对气候变化有重要意义。

2.地面监测

地面温室气体监测可分为本底浓度监测和排放监测。国内外建立的CO2、CH4本底监测网台站大多在高山、岛屿和海岸，在城市地区开展高时间分辨率的监测研究相对较少。而城市作为人类活动的中心，其温室气体浓度数据对于掌握温室气体变化规律，源、汇以及对城市污染模式、气体排放模式的建立和应用都意义匪浅。

2.1温室气体本底浓度监测

上世纪70年代，世界气象组织（WMO）、世界卫生组织（WHO）和联合国环境计划署等联合建立了“大气本底污染监测网”（简称BAPMON），对温室气体、反应性气体等大气本底进行长期的全球性的监测，目前共建成200多个台站，其中基准站近二十个，莫纳罗瓦站（Mauna Loa）、巴罗站（Barrow）、南极站（South pole）等已积累了几十年的实测资料[2—4]，取得了许多令人瞩目的结果。但是，BAPMON的基准站主要集中在大洋海岛上，大陆性基准站较少，这在一定程度上影响到BAPMON资料的广泛应用[4]。

1989年WMO组建全球大气观测网（GAW），如今是全球最大、功能最全的国际性大气成分监测网络，目前已有60个国家近400多个本底监测站（其中全球基准站24个）加入GAW网络，开展包括大气中温室气体的200多种要素的长期监测。美国、欧洲和加拿大等国家分别建立了IMPROVE、EMAP、CAPMoN观测网络，关注诸如温室气体等大气成分的变化。迄今为止，国际社会引用的全球温室气体浓度资料主要来自全球大气观测网（GAW）。但GAW的这些站点地理分布很不均匀，发达国家站点较多，亚洲内陆地区站点较为稀缺。

我国在大气成分本底观测方面的起步稍晚，20世纪80年代初，中国气象局在北京上甸子、浙江临安和黑龙江龙凤山建立区域大气本底站；1994年建立本底基准观象台（瓦里关基准站），开展的长期多种观测项目，包括利用气相色谱一氢火焰离子化检测器法（GC—FID法）在线观测大气CO2和CH4[5—8]，其浓度资料已进入全球同化数据库，应用于WMO温室气体公报和IPCC评估报告。近年来，我国进一步加强温室气体在线监测分析能力建设，包括在我国7个本底站（包括云南、新疆、湖北）初步建成网络化采样系统，每周一次进行台站Flask瓶采样、实验室非色散红外吸收法CO2浓度分析。此外，环保部门和一些科研机构也开展了温室气体观测研究，这将弥补区域观测资料的不足。

2.2温室气体排放监测

国外对温室气体排放监测起步较早，很多地方已经形成了监测网络。2009年12月，芬兰对全国所有省份和大中城市实施网上监测温室气体排放，监测主要涵盖用电、取暖和道路交通所排放的温室气体，并将数据以动态变化图形的方式在网上公布。2010年2月美国加州政府采购Picarro公司制造的温室气体检测装置，精确监测该州范围内温室气体的排放，采集到的数据用于核实能源消费的数值。

国内对于城市污染大气中温室气体的长期变化规律的监测研究相对较少。中国科学院大气物理所大气化学实验室自行研制了一套温室气体自动监测系统，以HP5890气相色谱仪为分析仪器，对北京地区CH4和CO2浓度日变化将近一年的连续监测[9]。阚瑞峰[10]等利用可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）对甲烷进行监测，获取了2005年秋季北京城区环境空气中的1min的时间分辨率连续1个月的甲烷气体监测数据。徐亮等[11]自行设计了一套基于长光程开放光路的傅里叶变换红外光谱（LP_FTIR）分析技术的监测系统，于2005年夏季对北京丰台地区进行了监测，获得了连续的CO2和CH4数据。中国科学院大气物理研究所从1985年开始，通过瓶采样和带有氢火焰离子检测器（FID）的气相色谱仪（GC）对北京大气甲烷做每周1次的长期定点监测，并陆续增加了对二氧化碳（1992年）和氧化亚氮（1993年）的监测。

国内已对农田、草原、森林等多种生态系统中土壤—植被温室气体排放进行了广泛的研究，且主要采用静态箱法采样[12]。卢兰[13]利用静态箱法采集土壤排放的CH4气体，然后在实验室内利用改装的气相色谱仪（GC3800，VARIAN）进行分析，对三峡库区几种土地利用方式土壤CH4排放通量的原位观测，比较不同土地利用方式的土壤CH4通量的大小，揭示CH4排放通量的季节变化规律。胡玉琼[14]采用静态箱—气相色谱法研究了内蒙古草原温室气体CO2、CH4、N2O与大气交换的日变化规律。

3.高空监测

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(一)碳排放的含义

比较早的给出碳足迹概念的是britishskybroad-casting(2006)，是以碳足迹如何计算的方式给出的;POST(parliamentaryofficeofscienceandtechnology)于同年也提出碳足迹是在产品或整个生产生命过程中释放的CO2和其他温室气体的总量。Eckel(2007)指出，对一个企业碳排放的评价不仅要计算能源消耗，也要涉及企业实践的各个方面。英国碳基金(2007)认为碳排放或碳足迹应评估在生命周期中从原材料、制造到成品的处理过程中排放的以碳形式表现的温室气体的一种方法;识别和测量在供应链过程中个人的每项活动的温室气体排放。综合目前现有的研究，对于碳排放或者碳足迹，考虑和衡量的范畴应从CO2扩展到其他温室气体，即为某一活动(个人、企业、组织、政府等)、产品或服务在其整个生命周期中直接或间接排放(包括上下游产业)到生态环境中的CO2及CH4(甲烷)、N2O(氧化亚氮)、HFCs(氢氟碳化物)、PFCs(全氟化碳)及SF6(六氟化硫)等温室气体的总量，以CO2当量表示。

(二)碳排放的分类

根据不同的应用范围尺度，碳排放可分为产品的碳足迹(碳排放)、企业碳足迹、个人碳足迹和国家/城市碳足迹，目前国际上已经就这四个层面的内涵达成了共识。产品的碳排放足迹是产品和服务从制作、使用至废弃阶段的“从摇篮到坟墓”(fromcradletograve)的整个生命周期过程中，因使用化石燃料及处理所产生的温室气体排放。企业或组织的碳排放足迹，除了产品碳足迹外，还包含企业非生产活动时产生的温室气体。个人碳足迹是指个体日常生活中的衣食住行产生的CO2及CO2当量。国家/城市碳足迹为整个国家/城市的总体物质与能源消耗所产生的温室气体排放量。如果按照产生的方式分，可分为两种。第一碳足迹，衡量的是能源消费和交通运输工具燃烧化石能源直接排放的CO2或其当量，这类排放可直接控制。第二碳足迹，次级或间接碳足迹，是使用产品或服务时从制造到最终废弃的整个产品生命周期中的CO2排放总量。或者可按照边界和范围，将碳排放分为直接碳排放和间接碳排放。前者是燃烧化石燃料，包括能源消费和运输产生的CO2排放;后者是人类使用的产品整个生命周期产生的CO2排放。

二、碳排放的测度方法的比较分析

对于不同尺度的碳排放，有不同的评估方法。大致分为自下而上(bottom－up)的过程分析方法和自上而下(top－down)的环境投入产出分析方法。目前主要有生命周期法、投入产出法、IPCC计算方法和网络计算器。

(一)生命周期法

生命周期评价方法(lifecycleassessment，LCA)是评价和估算产品和服务从原材料、制造、分销和零售、消费者使用、最终废弃或回收处理的整个周期内产生的CO2及其当量对环境造成的影响，是从摇篮到坟墓的计算方法。碳基金(carbontrust)最早系统使用LCA方法进行核算，并与Defra和英国标准协会(BritishStandardsInstitution)在2008年了《产品和服务生命周期温室气体评估规范》(PAS2050)，这是第一部通过统一的方法评价产品生命周期内温室气体排放的规范性文件，成为产品和服务碳排放评估和比较可以参考的标准化的方法。PAS2050是建立在生命周期评价方法(由ISO14040＆14044确立)之上的评价产品和服务生命周期内温室气体排放的规范，针对某个企业的具体产品，从摇篮(原材料)到坟墓(产品报废进入垃圾场)整个生命周期所排放的CO2总量。PAS2050规定了两种评价方法:企业到企业BtoB(business－to－business)和企业到消费者BtoC(busi-ness－to－consumer)。前者指碳排放从产品运到另一个制造商时截止，即所谓的“从摇篮到大门”(fromcra-dletogate);后者产品的碳排放需要包含产品的整个生命周期(“从摇篮到坟墓”)。PAS针对温室气体评估的原则和技术手段主要包括:a)整个商品和服务GHG排放评价中，部分GHG排放评价数据的企业到企业(BtoB)以及企业到客户(BtoC)的使用。b)温室气体的范围。c)全球增温潜势数据的标准。d)处理因土地利用变化、源于生物的以及化石碳源产生的各种排放的处理方法。e)产品中碳储存的影响的处理方法和抵消。f)特定工艺中产生的GHG排放的各项处置要求。g)可再生能源产生排放的数据要求和对这类排放的解释。h)符合性声明。

(二)环境投入产出分析方法(EIO)

美国经济学家瓦西里里昂惕夫创立的投入产出分析方法被广泛应用于各领域，该方法也可用于估算企业、部门或城市和国家的碳排放数据。Matthews(2008)将碳排放分为三个层次，并分别计算。第一层次为来自部门或组织本身的直接排放，如生产或运输;第二层次将边界扩大到组织使用的能源产生的碳排放;第三层次边界继续扩大，包含了其他间接活动的碳，及产业整个生命周期中的所有温室气体的排放。他将投入产出法应用于整个产品生命周期中，形成了EIO－LCA方法。这种估算方法涵盖了产业供应链中从采购开始的所有过程，边界广泛，包括了经济中的所有活动。根据他的计算，碳排放的估算公式为:b=Ri(I－A)－1y其中，b为温室气体排放量，Ri为CO2排放系数矩阵，I为单位矩阵，A为直接消耗矩阵，y为最终需求向量。EIO方法是自上而下的估算方法，并可以应用二手数据，将I－O表中的经济活动与环境指标结合，将整个经济系统作为边界，可以提供一种比较综合和稳健的碳排放估算数值。

(三)IPCC测度方法

该方法是2006年联合国气候变化专门委员会编写的国家温室气体清单指南，目前已经成为国际公认和通用的碳排放估算方法。指南中将碳排放的范围分为能源部门、工业过程和产品使用部门、农林和土地利用部门以及废弃物四个部门。其中，能源部门包含了能源产业、制造业和建筑业、运输业等燃料燃烧活动;工业过程和产品使用包含采矿工业、化学工业、金属工业、电子工业排放以及源于燃料和溶剂使用的非能源产品和臭氧损耗物质氟化替代物排放等;农林和土地利用部门包括林地、草地、农地、湿地、聚居地及其他土地的排放、牲畜和粪便管理过程排放和石灰尿素使用中的CO2排放等;废弃物处理主要计算废弃物排放、生物处理焚化和燃烧以及废水处理与排放过程中产生的各种温室气体。IPCC的测度方法是:碳排放量=活动数据×排放因子。

(四)碳足迹计算器

就个人或家庭的碳足迹而言，英国环境、食品和农村事务部(departmentforenvironment，foodandruralaffairs，defra)曾了CO2计算器，可以根据个人或家庭户使用的能耗设备、家电以及出行工具计算CO2的排放量;美国加州以及我国的一些网站也设计了一些碳足迹计算器，这些都是自下而上的方法。以上几种计算方法各有优缺点，如采用生命周期评价法时需要考虑目标和范围、清单分析、影响评价和结果解释，要确保数据的质量(数据来源、准确性、一致性、可再现性等)达到ISO14044及PAS2050的标准，为数据的获得付出的成本较大。几种方法的适用范围及优缺点比较见表1。

三、我国碳排放测度方法及低碳经济发展选择

(一)以产品供应链为依据，确定碳排放的测度

计算碳排放是能够量化减排的第一步。根据产品的生命周期，通过对供应链的研究，计算产品从原材料到生产过程再到最终产品的温室气体排放量。一般包含如下步骤。第一步，分析内部产品数据，了解产品过程，包括原材料、将原材料转化成最终产品的生产过程、废弃物和产出的副产品、存储过程中涉及的运输环节。第二步，建立供应链流程图，明确所有投入产出和过程，同时构成数据收集和计算的依据。流程图应包括每一个具体的步骤和原材料，每一种原材料也许是另外一个供应链的成品。因此，每种原材料加工需要详细的追溯，直到确认初级的原材料没有温室气体排放。第三步，确定系统边界和数据要求，应包括原材料、生产转化，到使用和处理的所有过程中的直接和间接的以CO2为主的温室气体排放。第四步，收集数据。构建的产品供应链流程图有助于确定数据，涵盖了从投入到最终处理的所有排放数据，为计算打下基础。第五步，通过供应链流程步骤计算碳排放。在上面的基础上，构建质量平衡，即在整个从原材料到最终产品的流程中满足:输入=累积+输出。此过程中，使用能源或直接排放气体的排放系数，待每个步骤的CO2当量计算完毕，汇总的结果即为整个供应链中以CO2当量表示的产品的碳排放量。为了使计算结果具有科学性，需要与ISO14004生命周期评价、ISO14041生命周期清单系列标准进行比较分析，同时需要结合公司温室气体清单标准ISO14064、III型生态产品的环境标志的ISO14025以及WBCSD和WRI①共同颁布的企业温室气体议定书(greenhousegasprotocolforcorporatereporting)，核查结果的标准化程度。

(二)考虑国际经济的环境利益问题

此外，在碳排放测度过程中，不可忽视的是国际贸易部分。随着国际贸易、投资和运输的增长，越来越多的生产过程被置于发展中国家和地区。相对于科学技术和环境标准高的发达国家，发展中国家的环境规制相对宽松，通过贸易和投资的方式，发展中国家成为高碳产业集中、碳排放密集的地区。因此生命周期的过程核算框架应该跨境延伸，在确定边界层次时，需要考虑到扩展的碳排放。评估与核算产品和服务的制造(建立)、改变、运输、储存、使用、提供、再利用或处置等过程中的任一部分的温室气体排放，有助于激励企业最大限度地减少整个产品系统的碳排放。

(三)采用具有成本效率的激励措施，降低二氧化碳排放

与其他环境措施相同，降低CO2的措施和方法，有以限制为主导的命令控制方式和激励型的措施。命令控制方式通常由政府来决定企业实体的排放量或者应该采用的技术类型，而激励型措施由于对如何达到减排标准和减排数量更具有灵活性，可以作为减少碳排放的有效方式。激励性的政策包括排放税(ataxonemission)、固定的年度排放总量及总量限制和交易安排(cap－and－tradeprogram)等。无论采取哪种措施降低CO2排放，最有成本效率的政策是可以最好地控制减排的边际成本。采取排放税措施，政策制定者为企业或组织排放的CO2或化石燃料中所含的每吨CO2制定一个费率。研究表明将CO2排放税的税率确定在估算的减排边际收益的水平，可以激励企业在减排成本相对较低时采取更多的措施减少排放量。与固定总量限制相比，排放税的净收益为后者的5倍②。虽然从长期角度看，排放税达到减排目标的成本小于固定的总量限制和交易安排，但是我国的经济发展水平和能源使用状况与发达国家不同，而且北欧、荷兰、英国、德国等国家征收碳排放税的实施效果也不尽相同，因此，鉴于我国经济发展速度和结构不平衡的现状，全面实行碳排放税需十分谨慎。在总量限制和交易安排计划下，可就一段时间内规定总排放的上限，要求企业实体拥有限制量下的排放权利或者额度。在给定期限内额度或权利分配完毕，企业可自由买卖排放权。与排放税不同，总量限制和交易安排会对排放上限有规定，但由于每个市场的能源、气候和减排技术不同，减排成本也有差异。自2008年以来，我国多个省市设立了环境权益交易所，以北京环境交易所、上海能源交易所和天津排放权交易所为龙头，广州、大连、河北、武汉、昆明等几个省市均成立环境权交易所。与欧盟和美国相比，目前我国碳交易市场面临着一些问题，主要表现在缺少规范性的碳排放交易所、初始分配权存在制度缺失、缺少排放权的定价机制、配套机制不完善以及法律体系不健全等方面。因此，除了法律规范和加强政府监督指导外，合理地设计总量和交易安排的结构，对达到碳排放减排目的有促进作用。首先，设定排放的上限，政府通过维持上限，出售给企业额度。其次，允许企业跨期转让减排需求，即存储额度。当减排成本低于预期的将来成本时，企业将存储额度;反之，企业可以借出额度。最后，基于额度的价格逐年修订总量限制。

(四)改善能源结构，加快低碳发展

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关键词 碳汇农业；碳汇功能；碳减排；对策研究

中图分类号 X22文献标识码 A文章编号 1002-2104（2010）12-0046-06doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2010.12.010

目前国内研究低碳经济，主要侧重于城市与工业领域，对农村、农业领域的碳排放、农业碳 汇功能等相对关注较少。事实上，农业既是全球重要的温室气体排放源，同时又是一个巨大 的碳汇系统。2007年政府间气候变化专业委员会第4次评估报告表明，农业是全球温室气体的第二大重要来源，排放量介于电热生产和尾气之间。 据联合国粮食与农业组织的统计，农业用地释放出的温室气体，超过全球人为 温室气体排放总量的30%，相当于每年产生150亿t的CO2；农业生态系统可以抵消掉80%的 因农业导致的全球温室气体排放量，工业化肥的生产每年耗费地球1%的石油能源，而禁止化 肥的使用能降低30%的农业碳排放［1］。有学者估计，农业源排放的CO2、CH4与 N2O 量分别占总的人为温室气体排放量的21%-25% 、57%和65%-80%［2］。土地利 用变化是目前大气中温室气体含量增加的第二大来源，其作用仅次于化石燃料的燃烧［ 3］，每年由土地利用变化引起的温室气体排放量为1 160亿t碳当量，约占人类活动总排 放 量的20%［4］。可见，农业本身就是重要的温室气体释放源，尤其是CH4和N2O。

不过，尽管农业系统是地球上人为温室气体的主要来源之一，但是，另一方面其又具有强大 的碳汇功能，温室气体的减排潜力巨大。由于农业是生物质生产的基础产业，整个农用地生 态系统是一个巨大的碳库，是大气中CO2的重要调节者之一。农作物通过光合作用固定大 量的CO2，生物量中含碳可达到43%-58%［5］；而耕地土壤本身是一个巨大的碳库 ，储存着大量有机碳，并具有从大气中吸收并储存CO2的天然固碳功能，使用得当，能有 效地减缓碳释放。同时，农业在生产过程还发挥着诸多改善生态环境的作用。如，调节区域 小气候，净化空气，减少有害气体，增加相对湿度；净化水质，降解有机和无机污染物；保 持生物多样性等。有关学者研究指出，目前我国在农业领域单按农产品质量计算，每年可吸 收CO2约为7.77亿t；若按农作物面积计算，年净吸收CO2的质量则约为22.8亿t［5 ］，因为不仅农产品本身吸收了CO2，而且农作物秸秆生长期间也吸收了CO2。不过， 与森林、草地等自然生态系统相比，农田生态系统受人类活动的影响显著，不同的农作物生 产方式，对碳吸收与排放之间的动态平衡影响甚大，进而难以明确各类作物不同生长阶段是 碳源还是碳汇，以及两者之间演变过程的影响因素。如秸杆是否还田，或供人、畜食用分解 ，经过多长时间再重新以CO2形式返回到大气中。因此，农田生态系统对大气CO2浓度的 净贡献最终取决于其土壤碳库的变化。近年来的研究表明，合理的农业生产措施可以提高农 田土壤碳储量，使之转变为碳汇。董红敏指出，通过改善反刍动物营养可降低单位 肉牛甲烷排放15%-30%；推广稻田间歇灌溉可减少单位面积稻田甲烷排放30%；一个户用沼气 池每年可减少温室气体排放2.0-4.1tCO2当量；推行缓释肥、长效肥料可减少单位面积农 田氧化亚氮50%-70%［6］。以中国为例，目前拥有近15 390万hm2的耕地，约占全 球 耕地的10%，平均容重1.2t/m3，若将土壤有机质含量提高1%的话，相当于土壤从空气中净 吸收了306亿tCO2。即使我们利用30年的时间来完成这个增长过程，每年也约有10亿t的CO 2被固定在土壤中［7］。据全国多目标区域地球化学调查结果显示，我国平均土壤 有机碳储量为15 339t/km2，土壤平均碳密度为48.8t/ hm2，低于美国的50.3t/ hm2 、 欧盟的70.8t/ hm2。在不考虑不同农业技术措施对农田土壤固碳协同或拮抗作用的条件下 ，粗略估计我国仅秸秆还田、合理施肥和保护性耕作三项措施的全面推广和应用，农田土壤 的固碳速率就可达到1.82亿t碳 /年，从2005年到2050年大约可以固定碳 81.9亿t［8］ 。因此，在发展低碳经济方面，农业领域潜力巨大。

1 中国发展碳汇农业刻不容缓

我国是世界上农业温室气体的排放大国，根据《中华人民共和国气候变化初始国家信息通报 》，目前中国农业活动产生的甲烷和氧化亚氮分别占全国甲烷和氧化亚氮排放量的50.15%和 92.47%，农业源温室气体排放占全国温室气体排放总量的17%［9］。国家气象局局长 郑国光撰文指出：如果不采取积极应对气候变化的有效措施，以我国现有的生产水 平和保障条件，到21世纪后半期，我国主要农作物，如小麦、水稻和玉米的年产量下降幅度 可高达37%；气候变化和极端气象灾害导致我国粮食产量的自然波动，将从过去的10%增加到 20%，极端不利年景甚至达到30%以上。因此，发展碳汇农业的现实目标之一就是使农业生态 系统主要由碳源转化为碳汇，以减缓温室气体的排放。当前我国的农业发展属于严重依赖化 肥、农药等化工型农业生产资料的高碳型发展模式，因此发展碳汇农业刻不容缓。在低碳经 济潮流下，我国农业发展主要面临以下四个方面的问题：

一是农业发展过度依赖化肥、农药等高碳型生产资料。现代农业生产主要是建立在化石能源 的基础之上，化肥、农药等是现代农业发展的支柱，其对提高农地单位面积产量起到至关重 要的作用。但是，化肥、农药、除草剂、杀虫剂、农膜等化工型生产资料，其高能耗、高污 染等特性不仅影响土壤的有机构成、农产品的农药残留和食品安全，而且生产这些原料的过 程必须消耗大量的化石能源，导致CO2等温室气体的大量排放，环境污染也随之而来，并 呈日益严重之势。例如，化肥施入土壤，有相当一部分以有机或无机氮形态的硝酸盐进入土 壤，在土壤反硝化微生物作用下，会使难溶态、吸附态和水溶态的氮化合物还原成亚硝酸盐 ，同时转化生成N2O 和NOX进入大气，成为温室气体和大气污染的重要来源［10］ ；据统计，目前我国以煤为原料的尿素企业占62%，每生产1t尿素消耗约1.2t煤和1 200度电 ，用煤炭气化每生产1t合成氨需消耗原煤1.4t；单位耕地面积化肥平均施用量为434.3 kg/hm2, 是化肥施用安全上限的1.93倍，但利用率仅为40%；农药平均施用量为13.4 kg/hm2，其中高毒农药占70%，有60%-70%残留在土壤中；全国每年农业生产需要50万t农膜，残膜 率高达40%［11］。目前我国农业活动甲烷排放量为1 719.6×104t，占全国甲烷排 放 总量的50.15％，其中动物饲养过程中的甲烷排放为1 104.9×104t，稻田甲烷排放量为61 4.7 ×104 t［12］。

二是耕地土壤有机碳含量严重偏低。我国农地耕作长期以来习惯于只用地而不注重养地，因 此，农田土壤经过数千年的耕作，有机碳严重偏低。耕地土壤的退化一方面造成耕地固碳能 力的严重下降，另一方面使得耕地土壤本身固定的碳向环境净释放。与欧洲同类型土壤相比 ，中国土壤的有机碳含量尚不及欧洲的一半。从目前中国耕地有机质含量来看，水田土壤大 多在1%-3%，而旱地土壤小于1%的就占31.2%［13］ 。由于秸秆没有合适的出路，农 民大量焚烧秸秆，结果将农作物固定下来的碳又返回到了大气中。以东北地区为例，中国科 学院和黑龙江省有关科研机构的研究数据表明，东北地区坡耕地黑土层厚度已从60-70年前 的80-100 cm减少到了现在的20-30 cm，土壤有机质含量由12％下降到了1%-2%，85%的黑 土地处于养分亏缺状态。黑龙江省黑土层流失厚度每年达到0.6-1 cm；吉林省30 cm以下 的薄层黑土面积已占黑土总面积的42%［14］。

三是工业化的高碳农业对生物多样性和农产品安全已经构成严重威胁。已有的实践证明，工 业化的高碳农业带来的农田无度开垦和连片种植，导致自然植被、自然物种和天敌大量减少 ；农药的使用破坏了物种的多样性，造成了土地的毒化和农产品的不安全性；大量化肥的使 用，造成大面积的农业面源污染及生态的破坏，进而造成生物多样性的减少和农产品品质的 下降；品种选育过程的遗传背景单一化及其大面积推广，导致对其他品种的排斥；高密度的 种养殖以及各种激素和催化剂、添加剂的广泛施用，诱发了农产品不安全事件的发生等。这 都说明了工业化的现代农业不仅是一种“高碳农业"，而且是一种对生物多样性和农产品安 全构成威胁，进而对人类的生存发展构成危害的“高危农业"。

四是农业生产方式落后，管理水平偏低。我国目前农业生产、管理效率不高，资源要素浪费 严重。在推广立体种植模式，节水、节能等技术发展方面还相当落后；农业废弃物的处理、 农业机械化的水平等都不高，这不仅造成资源的严重浪费，能源的紧张，而且加重了农业碳 减排的压力。因此，关于农业生产资料的改革、生物质废料的合理处理与利用，农业生产的 直接能源消耗等问题，已成为低碳经济时代我国农业发展急需解决的问题。

2 发展碳汇农业的主要路径

在低碳经济时代，我们必须尽快转变现有的农业发展方式，逐步减少对高碳农业的依赖，鼓 励发展碳汇农业，以保持农业的可持续发展。发展碳汇农业的基本路径选择主要包括以下四 个方面：

第一，大力发展资源节约型循环农业，减少对高碳型生产资料的依赖。循环农业是以对农业 生产废弃物进行资源化利用、生物质能的多级利用和营养元素的循环利用，减少对农药、化 肥等化工型生产资料依赖为特征的一种农业经济发展模式。其通过建立“农业资源―农业产 品―农业废物再利用”的循环机制，按照减量化、再利用、资源化的原则，大力推进节能、 节水、节地、节材，加强作物秸秆、粪便等资源的综合利用，充分利用农业的剩余能量，减 少农业生产中废弃物的排放，完善再生资源回收利用体系，实现农业生产的低资源消耗、低 废弃物排放、高物质能量利用。发展资源节约型循环农业是减少农业的碳排放，增强农业碳 汇功能的有效途径。以农业废弃物秸秆与粪便为例，通过沼气池转化或直接还田，施用粪肥 ，不但可以减少化肥的使用量，提高土地生产力，而且可以增加土壤有机质，从而增强土壤 的固碳能力，减少温室气体的释放。据估算，农作物秸秆碳汇每年至少有15.03亿t［5 ］，完全可以满足返田固碳的需要，提高农业生态系统的碳汇能力，实现农业途径的温室 气体减排。

第二，积极推广有机农业，增强农业碳汇功能。有机农业在减缓和适应气候变化方面具有极 大的潜力。发展有机农业，就是遵循生态环境系统的运行规律，通过生物措施保持土壤肥力 ，尽可能减少外部投入，利用自然的调控机制，以有机物质自我循环为基础，保护自然资源 ，保持可持续稳定的生产过程的农业。其禁止施用化学合成的农药、化肥、生长调节剂、饲 料添加剂以及人工合成的植物保护制剂；利用天然植物性农药和杀虫生物制菌剂以及耕作法 、物理法和生物法等病虫害防治手段；建立作物轮作体系，利用秸秆还田、施用绿肥和动物 粪肥等措施进行土壤培肥、保持养分循环等。有机农业能够优化可再生资源及农业生态系统 中养分和能流的循环，同时避免耕地或干泥炭地中氧化亚氮和沼气的排放。相同的生产区， 有机体系的排放量远远低于化工体系的排放量。据最近的调查结果显示，采用有机系统耕作 ，因不使用耕地机械而能够避免的碳排放量大约为879kg/hm2/年［15］。因此，推 广有机农业不仅可以提高农产品的质量，保障农产品的安全性，减少环境的污染，有利于生 态环境的恢复，生物多样性的保护，而且能从根本上解决农业生产过程中大量消耗化石燃料 的问题，减少温室气体的排放，增强土壤的固碳能力，并由此带来巨大的农业碳汇效益。

第三，发展休闲观光农业，减少农作物的碳排放量。农业不仅具有食品保障功能，而且具有 原料供给、生态保护、观光休闲等多种功能。发展休闲、观光旅游农业，一方面可以为市民 提供自然生态的休闲环境，满足人们不断增长的亲近自然、回归田园的游憩需求，另一方面 ，可以促进农村生态环境的改善，提高农作物的减碳、固碳能力。

第四，改变传统的耕作方法，提高土壤的固碳水平。对农田生态系统而言，耕作是破坏土壤 有机碳稳定性、加速土壤有机碳分解的重要原因。因此，合理耕作、部分实行减免耕作能增 加土壤有机碳稳定性，进而提高生态系统的碳贮量。大量资料表明，免耕与少耕管理与传统 耕作措施相比能明显提高土壤有机质的含量。通过免耕、少耕，减少土壤中不稳定碳的流失 ，降低风雨对土壤的侵蚀，减少土壤有机质的流失，增加土壤碳汇。研究表明，坡地在开垦 后5a内，因耕作和水侵蚀导致土壤有机碳以2.15 mg C／(hm2•a)［16］的速度损 失，而我国有18%的耕地为坡耕地或易受侵蚀［17］，所以保护性耕作具有很大的固 碳潜力。例如，在北美地区，经过多年的保护性耕作使该地区农田土壤有机质含量明显增加 ，10a以上可使农田耕层有机碳含量增加7％-10％［18］。因此，我国在农业生产中 应改变广泛使用需要耗费大量化石燃料的农业机械的耕作方法，通过保护性耕作和机械化的 免耕覆盖模式等耕作方法，增强土壤有机质，加强土壤的固碳作用。

3 中国发展碳汇农业的主要政策建议

碳汇农业属于新兴产业，因此急需政府进行相关的制度创新与政策引导、支持。这不 仅需要市场机制和制度安排充分发挥作用，而且需要政府积极进行引导、宣传和推广，并在 政策上给予大力扶持与保障。即，建立起完善配套的法律法规体系、政策支持体系、技术创 新体系和激励约束机制等；通过强制性制度创新，实行有利于节能减排、资源节约、改善生 态、保护环境的财税政策，实现农业的低碳排放。具体而言，可重点实行以下六项政策措施 ：

3.1 建立健全资源、环境有偿使用制度，开征环境税，构建发展碳汇 农业的 长效机制

明确资源和环境的公共产权，建立完善资源、环境有偿使用制度，构建反映市场供求关 系、稀缺程度、损害成本的资源、能源、环境价格形成机制，形成统一、开放、有序的初始 产权配置机制和二级市场交易体系；对化肥、农药开征环境税，引导农户改变过度依赖化肥 、农药等化工型生产资料的农业生产方式，有效推进碳汇农业发展。例如，明确征收的化肥 、农药环境税必须全部反哺到碳汇农业，或者以“碳补贴”的方式返还给农民，提高农民发 展碳汇农业的积极性；在农业节水方面，明确地方政府拥有本辖区内水资源的调控、分配、 管理和监督权：用水户按分配的指标和相应价格拥有用水权；节约和剩余的水量在一定范围 内可以参与交易、转让，建立节奖超罚机制等。

3.2 构建有利于发展碳汇农业的保障体系与激励机制

应大力推进制度创新，发挥政策和财政资金的导向推动作用，制定相关的扶持发展碳汇农业 的各类政策措施，增加对发展碳汇农业的公共投入，如，税费减免、财政扶持、技术支持、 土地使用等，通过诱致性制度变迁，把农业生态环境纳入政府公共管理范畴；建立有利于碳 汇农业发展的政策和法律体系；在农业建设项目审批、投资等环节，优先考虑碳汇农业项目 ；建立碳汇农业促进组织，加强农业基础设施建设和农业环境管理，为碳汇农业提供一个良 好的发展环境；要重视碳汇农业关键技术的研发、示范和推广工作，运用公共财政积极推进 农村沼气及生活废弃物无害化处理的物业化管理；依法强制实施清洁生产审核，对增施有机 肥、资源节约、农村清洁能源和可再生能源、农业废弃物资源化利用和无害化集中处理等工 程和生产方式实施低碳补偿政策，激发发展碳汇农业的内在动因和持续动力；建立相关的保 障体系，避免土壤的固碳过程逆转，并建立一套奖惩制度，对土地固碳效果显著的优秀土地 管理者给予奖励；引导农村金融机构对发展碳汇农业的农户和龙头企业给予贷款支持；完善 有机农产品标识制度，鼓励公众购买碳汇农业方式生产的农产品；引导农民转变思想观念， 实行农业生产的碳核算制度。

3.3 引导与鼓励低碳科技革新，构建推动碳汇农业发展的技术创新体系 碳汇农业的发展既是一场农业生产的低碳与环保革命，也是一场新技术的革命，因为发展碳汇农业的关键是依靠农业科技在低碳领域的突破。因此，政府应当积极引导、鼓励与扶持各方面的科技力量和攻克农业方面节能节水等低碳的关键性技术，在农业清洁化生产的技术链接、绿色生产技术和农业资源多级转化、高效利用与废弃物再生技术、低碳农业技术标准规范、农村生态小城镇建设技术等层面开展技术创新、集成研究并形成突破，逐步建立起相对完善的推动碳汇农业发展的技术创新体系；同时，逐年加大对农业和农村节能低碳重点项目、重大工程的投入力度，依靠科技、组织实施好农村沼气、秸秆气化、节水农业、保护性耕作、有机农业投入品、副产物综合利用、天然林保护与退耕还林、生物质能源开发等重点项目的开发建设，重点在全国创建一批碳汇农业示范园区，推广碳汇农业，由此推动碳汇农业的快速普及与发展。

3.4 设立农业碳基金，推进碳排放权交易

在低碳经济形势下，我国要抓住机遇，设立农业碳基金，拓展农业资本市场，解决发展碳汇 农业所需的部分资金；并以清洁发展机制为核心，推进碳排放权交易，先期主要面对国内能 源大企业销售，逐步进入国际碳交易市场。粮农组织的经济学家莱斯利•利珀认为，通过此 种低碳融资措施，发展中国家低碳农业的规模可能会每年增加300亿美元［19］。而 且，进行农业碳交易，可额外增加农民的碳汇收入，有利于激励农户从“碳源”农业生产方 式转变到“碳汇”农业生产方式。目前，中国已成为发达国家开展CDM项目的主要国家，全 球最大的CDM市场减排量的最大供给者。因此，应该抓住机会促进发达国家的相关技术转让 ，同时增强自主创新能力，研发低碳农业技术和低碳农产品，开发利用生物质能源，整合市 场现有的碳汇农业技术，加以培训、示范和推广应用，以期在国际碳汇交易的竞争中抢占制 高点。同时，在国内积极探索创建“企业―碳交易机构―农村专业合作组织―农户”的农业碳汇交易机制，形成企业、农村专业合作组织、农民与碳交易机构等相关体的利益共享机制和专业合作组织订单机制，其内在的运作机制主要包括三个层面：一是在企业与碳交易机构之间，主要是加入碳交易机构的企业自愿并从法律上联合承诺，通过购买补偿项目的碳减排指标，完成其定量的温室气体排放目标。即，企业通过农业碳汇等项目去弥补未完砀减排目标或超额排放；二是碳交易机构与农村专业合作组织之间，主要是专业合作组织负责将农民组织起来，帮助有意愿实施碳汇农业技术的农民签订合同或者订单，并将其减排的温室气体指标集合在碳交易机构出售；三是农村专合组织与农户之间，主要指专业合作组织通过订单机制与愿意提供碳汇的农民签署合同，然后将集中销售碳减排量的利润按签订的合同返回给农民［20］。

3.5 鼓励各类资本下乡，推动碳汇农业的发展

要改变农村生产方式，积极发展碳汇农业，除了政府财政支持以外，更需要金融机构资金及 “市场资本”的积极介入，在政府财政投资、金融机构与市场资本的合力作用下，共同参与 和推动新兴碳汇农业的发展。因此，应以全新视角设计各类资本支持碳汇农业的框架体系。 一是为支持碳汇农业经济发展的金融机构及各类资本提供税费优惠、利息补贴和风险担保上 的政策支持；二是制定完善农业保险法、碳汇农业促进法等相关法律，建立健全农业保障体 系，推行政策性与商业性保险同时运营的联合保障机制，提高保障系数，降低信贷支持风险 。三是建立银行、担保与保险联合支持机制，实现低风险、高收益的多方共赢。保险公司为 高投入、周期长和高收益的碳汇农业提供政策性或商业性风险保障；政府主导组建碳汇农业 专项担保公司，建立公益性担保基金，为碳汇农业提供融资担保；银行机构则依据信用评估 和风险评估情况提高信贷额度，延长资金使用期限，降低资金使用价格，促进联合机制有效 发挥。

3.6 改变传统农业的组织形态，大力推进各种形式的农业专业合作

推进农业专业合作以解决农业经营规模过小与发展碳汇农业的矛盾。目前我国主要实行 的是以家庭承包为基础的小规模的农户和农场模式，这种农业生产形态给规模化碳汇农业的 发展带来困难。例如，一个农户或一个农场实行碳汇农业的模式，而周围的耕地仍是工业化 农业，那么这个生态模式的土壤、空气和水源等就难以避免会受到影响和污染。因此，需要 在传统农业的组织形态上进行改变，大力推进各种形式的农业专业合作，例如以村组为单位 开展土地合作，选择合适的项目发展碳汇农业；扩大现有农业专业合作社的合作规模和合作 内容，引导不同专业合作社围绕发展碳汇农业进行经营合作；引导小规模的生态农户与农场 ，通过成立生态合作社扩大规模等等。

3.7 征收进口农产品“碳关税”，补贴国内碳汇农产品

在西方发达国家，对农业普遍实施高补贴政策，这事实上包含了对农业的“碳补贴”。此 外，发达国家碳减排成本普遍较高，据调查，欧美国家的碳减排成本平均在50美元/t以上 ［21］，折合人民币成本大约为340元/t。按照1 kg粮食吸收1.47 kgCO2标准计算， 欧美发达 国家粮食碳补贴标准大约为499.80元/t［5］。这可作为我国进口西方发达国家农产 品的“ 碳关税”标准。同时，把征收的资金用于补贴国内的有机农产品、绿色农产品等碳汇农产品 ，以提高农户发展碳汇农业的积极性，增加农民的收益。

参考文献（References）

［1］ 百度百科.低碳农业［EB/OL］. .［Xia Qingli. Research on Agricultural Carbon Sinks in China［EB/OL］. htt p://省略/p-56175329.html.］

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［18］Yang X M，B D Kay．Rotation and Tillage Effects on Soil Carbon Sequestrati on in a Typical Hapludalf in Southern Ontario［J］．S0il＆Tillage Research，2001 ，(59)：107-114．

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Development of Lowcarbon Economy to Build Modern Agriculture in China［EB/OL ］. . ］

［20］李晓燕发展低碳农业四川如何突破两大瓶颈［N］四川日报，2010-10-13［Li Xiaoyan.How to Break two Bottlenecks of Lowcarbon Agricultural Delevopment in Sichuan［N］.Sichuan Daily,2010-10-13.］

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Main Paths and Policy Proposals for the Development ofCarbonsinkingAgriculture in China

XIE Shujuan1,2,3 KUANG Yaoqiu1，2 HUANG Ningsheng 1，2

(1. Guangzhou Institute of Geochemistry,Chinese Academy of Sciences,G u angzhou Guangdong 510640,China; 2. Graduate University of Chinese Academy of S ciences,Beijing 100049,China；

3. Guangdong Academy of Social Sciences,Guangzhou Guangdong 510610,China）

篇4

1.1大气问题

1.1.1温室气体的排放及全球变暖

温室气体是指CO2、CH4、水蒸汽等对长波辐射有强烈作用的气体，其中CO2的作用最大，它能使大气浓度增大，引起全球变暖，其含量占温室气体的50%以上，主要由化石燃料（煤、石油和天然气）的燃烧产生，自工业革命以后，CO2含量迅速增长，此外，人类活动破坏了大量植被树木，也是使CO2含量上升的一个重要原因。其它温室气体含量也呈现逐年升高趋势，大气中CH4和NOx的含量与工业革命前相比已大幅升高。

1.1.2臭氧层破坏

O3是3个氧原子的分子，其电价键比O2的共价键弱得多，所以O3的化学性质更具活性。地面水平的O3会使活体生物的细胞损伤，所以是一种有毒气体，对生物体的健康构成威胁。但是位于大气顶部的O3却是生物圈的保护层，O3层能吸收太阳光中的紫外线而使大部分紫外线不能辐射到地球表面。紫外辐射能中断DNA复制，使生物繁殖失败，又会使DNA在复制过程中发生突变，从而导致癌变。对植物而言，紫外线能使光合作用系统受到严重破坏，使初级生产力大幅下降，所以臭氧层使生物发展成为可能，是陆生生物存在的前提。近年来对臭氧层的观测结果显示，臭氧层厚度已严重变薄并且缺损，臭氧层的破坏，究其原因是人类活动的结果，研究表明，氯氟烃能上升到平流层降解O3，据计算结果显示1个氯原子能降解100000个臭氧分子，Cl-在其反应中起类似催化剂的作用。

1.1.3烟尘及光化学烟雾污染

烟尘由固体颗粒物和液滴组成，粒径为0.01μm～1μm。钢铁、有色金属冶炼、火力发电、水泥和石油化工生产、车辆尾气排放、垃圾燃烧、采暖锅炉和家庭炉灶排放的烟气等，都是烟尘污染的主要来源，其中以燃料燃烧排出的烟尘量最多。据统计，大致每燃烧1t煤就有3kg～11kg烟尘飘到空气中。烟尘会影响人体健康状况，而且还可以和其它有害气体结合一起作用于生命有机体。光化学烟雾是以汽油做动力燃烧后出现的一种空气污染现象，降低空气可见度，具有特殊气味，对人的呼吸系统危害极大。

1.2水污染

水污染分为四种，即海洋污染、江河污染、湖泊污染和地下水污染。水污染的严重后果是水体富营养化，由于无机营养物过剩导致藻类大量繁殖，大量藻类致使水中光线不足，对其它水生生物造成严重影响。藻类及其它浮游生物死亡后被需氧微生物分解，不断消耗水中的溶解氧或被厌氧微生物分解，致使水中溶氧量严重不足，不断产生H2S等气体，从两个方面使水质恶化，有些鱼类和浮游动物甚至死亡，生物多样性降低，水域生态系统遭受严重破坏。藻类及其它浮游生物残体在腐烂过程中，又把大量的氮、磷等营养物质释放入水中，供新的一代藻类等生物利用。因此，富营养化了的水体，即使切断外界营养物质的来源，水体也很难自净和恢复到正常状态。而某些重金属和有毒化学物质在水中生物体内积累，经过食物和生物放大作用使营养级越高的生物受毒害越重。此外，水温的变化对生物影响也是巨大的，生物对温度的适应具有“三基点”，即最低温度、最适温度和最高温度。低于最低温度或高于最高温度生物不发育，只有在最适温度范围内生物才能正常发育。然而许多工业过程坐落在河流上，可以除去余热，热能通过各种途径影响水中某些动物的性比，如两栖类等，海洋污染主要是陆源性污染物排入，海上活动和直接向海洋倾倒废物，据不完全统计，全球每年向海洋倾倒废物质包括工业废料及生活废物在内多达200×108t，其中很多都是有害物质。江河污染主要是由江河上游污染企业、造纸场等污水排放，致使河流严重污染。江河之水流经之地也受到污染，可形成几十千米的污染带。湖泊水是不流动的，所以湖泊污染主要表现在水体营养化，如不及时治理，将导致大量生物死亡，生物遗体逐年堆积湖底，使湖泊淤积变浅，进行逆行演替甚至消失。地下水污染是由工业废水、生活污水及农业灌溉等通过地面渗透到地下造成地下水污染，地下水污染可能使许多病菌和微生物存在于地下水中，人类饮用污染的地下水会导致产生各种疾病。

2防治措施

a)温室气体主要是由化石燃料燃烧产生，控制温室气体排放可以通过以下途径降低温室气体排放。(a)改进能源结构，大力开发非化石能源，如水能、核能、太阳能等；(b)提高能源效率，主要是通过各种节能措施提高能效；(c)提倡植树种草，增加生态系统对CO2的吸收能力，亦能明显改善环境条件；b)O3的破坏主要是氯氟烃作为制冷剂、烟雾剂、杀虫剂被广泛应用。为了更好地保护臭氧层，应制止氯氟烃类物质生产和消耗，靠其它替代品作为制冷剂，目前国际上已经采取了一系列措施防止O3破坏，并制定相关计划和规定，已逐步实施中；c)烟尘及光化学烟雾污染严重危胁人类健康，对人的呼吸系统造成巨大伤害，其来源主要是化石燃料燃烧、城市取暖和汽车尾气排放等，故应采取节能减排、加大对城市环境管理和绿化等措施；d)水污染防治应慎重处理，如果一旦处理不当将导致更严重的污染，防止水污染要解决的是减少污染排放，工业和生活废物应经合理处理后，才能排放。

3结语

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关键词： 瓦斯发电；监控系统；通风控制；瓦斯泄露；减排计算

0 引言

煤矿瓦斯的主要成分是CH4（甲烷），CH4在100年时间框架内的温室效应指数是CO2的21倍，因此瓦斯气体对空排放对生态环境破坏性极强，同时瓦斯爆炸事故的防范和瓦斯有效治理一直也是困扰煤炭人的一大难题。目前多数煤矿坚持以“先抽后采、应抽尽抽、以用促抽、煤气共采”的方针，有效降低瓦斯爆炸事故率的同时兼顾了瓦斯气作为清洁能源的开发利用，一举多得，具有广泛的环保效应和安全效应。

煤炭工业合肥设计研究院从2004年开始在国内较早地开展利用煤矿瓦斯发电的工程设计与承包业务，与国内外众多的煤炭企业、咨询机构合作，一直致力于煤矿瓦斯利用领域的创新、研究与服务，目前作为主编单位正在进行《煤矿瓦斯发电工程设计规范》的编制工作。

瓦斯发电主要工艺是利用煤矿开采过程中矿井瓦斯抽放站抽排的30%以上浓度瓦斯为能源，经过脱水、除尘、增压等预处理措施后，输配至内燃式往复发电机组进行发电。目前进口发电机组自动化水平较高，安全保护完善，发电效率能达到40%以上，具有较好的经济效益和推广价值。

1 监控系统概述

在高瓦斯矿井，一般瓦斯组分中氧气>12%，甲烷>30%，利用矿井抽排的瓦斯气进行发电，必须严格做好瓦斯输配和发电过程中的安全防范工作，因此根据工艺特点设计一套完备的实时监控系统非常重要，是满足设备安全、经济运行和发电管理的内在要求。

煤矿瓦斯发电工程监控系统一般由现场检测仪表、现场控制系统、监控后台系统和监控网络构成。

1）现场检测仪表主要包括常规仪表和瓦斯气安全监测仪表，仪表的设置和选型应满足瓦斯预处理装置及发电机组等工艺设备安全、经济运转的监测要求，拟申报CDM（清洁发展机制）项目的还应满足CDM计量的要求；

2）现场控制系统目前多使用PLC（可编程控制器）实现对被控设备及工艺的监控和保护，现场控制站应具备通用可靠的工业控制网络接口便于各控制站和后台系统的通讯互联；

3）监控后台系统主要实现电站运行的监控、重要运行数据的记录与存储，宜配置操作、显示设备；

4）监控网络应使用成熟、标准的工业控制网络，各工艺系统监控设备的网络接口应尽量统一。

2 监控系统需要注意的主要问题

2.1 发电机房通风控制

《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》2.3.18条规定：爆炸性气体环境内的车间采用正压或连续通风稀释措施后，车间可降为非爆炸危险环境。内燃式往复发电机组厂房存在瓦斯泄露风险，而发电机组本身及其就地辅助电气控制设备和仪表均为非防爆设备，因此监控系统必须做到发电机组一旦运行即自动连锁启动通风机，风机故障或风压检测异常时应立即报警并作用于停机。同时通风机的自动控制还应满足发电机组的正常、经济运行对通风风量和风温的要求。

2.2 瓦斯气体泄露保护

使用爆炸危险气体为燃料，应有完备的瓦斯气泄漏的监测监控方案。在厂房上空应设置两段式（I段10%LEL；II段20%LEL）瓦斯泄露报警装置，当I段报警时监控系统应自动启动所有厂房通风机以稀释泄露的瓦斯气体，II段报警时监控系统应切断厂房内除通风机外所有电气设备的电源。当泄露浓度升高，瓦斯持续扩散时，应设置切断阀门切断瓦斯气源，避免事态扩大或影响供气系统的安全。有关瓦斯气源的切断阀门的选型，应选用正常情况下控制回路带电，切断阀开位的工作方式，在电源失电、回路断线或瓦斯泄露等异常工况需要切断气源的情况下自动连锁保护，迅速断电，关闭气源阀门。

2.3 瓦斯流量计的选择

笔者参与设计的瓦斯发电项目目前多选用V锥流量计，V锥流量计是采用在密闭管道中心线悬挂V型锥体作为节流件的一种差压式流量计，由于其独特的中心流线型节流结构的设计，使得经过节流件的不规则流场整流成近似理想气体，因此它能基于密闭管道中能量转换的伯努利定理进行准确测量。V锥流量计直管段要求前3D后1D，便于选择位置安装；精度可达到0.3%，利于贸易计量；量程比可达30:1，压力损失仅为孔板的1/5～1/10，降低了对差压变送器的要求和输送系统能耗；同时由于流过锥体后的流体加速，达到自吹扫的功能，克服了瓦斯脏污的测量难点，使得开孔比β长期不变，稳定性高。V锥流量计的这些特性恰恰克服了煤矿瓦斯含水量大，粉尘多，振动不稳定、输送压力低的种种特性，保证了瓦斯减排量的准确计量。

2.4 瓦斯减排量的计算

煤矿在生产过程中连续对空排放瓦斯，造成了大气污染和环境破坏，现在利用瓦斯进行发电，实现了温室气体的实际减排，这符合CDM项目的基本原则，发达国家通过提供资金和技术，在发展中国家获得温室气体减排指标，由缔约方用于完成在《京都议定书》的承诺。

减排量的确认本质上是一种国际贸易计量，在监测仪表的选择和减排计量方法学上都有严格的要求，减排量也必须经过定期的审核，要求数据做到完整、精确，而且监测计划中应该考虑到主监测新系统故障时有可比性的备用监测数据，避免由于数据不完整造成的减排量的损失。

减排量的计算最终折算到甲烷的质量，因此瓦斯气体的检测仪表主要配置温度、压力、浓度和流量四参数仪表，其中甲烷浓度的测量建议使用红外原理的产品，但需注意瓦斯取样气体需经过脱水和除尘，避免影响测量精度并有效延长传感器使用寿命。减排计量的方法学是否得当是CDM项目申请的第一步，也是关键的一步，因此在工程实践中应充分重视。

笔者根据以往工程实践经验列举常用的一种减排量计算方法如下（使用V锥流量计）：

1）根据现场仪表反馈，获得瓦斯气体测量值：压力P（kPa）；温度T（℃）；浓度C（%VOL）；流量差压 （kPa）。值得提醒的是压力参数的测量一般为表压，计算时需加上工程当地的标准大气压，标准大气压 （kPa）受海拔高度H（m）影响，可通过下面公式一进行校正，避免由此产生计算误差；

2）根据公式二计算瓦斯气体密度 （kg/m3）；

3）根据V锥流量计流量公式计算工况瓦斯气体瞬时体积流量 （m3/h）；

其中K为V锥流量计的仪表系数，由流量计管道内径D、锥体外径d、流出系数CF、开孔比β及气体膨胀系数Y五个参数决定的流量计的特性系数；

4）根据理想气体状态方程P1×V1／T1＝P2×V2／T2计算标准状况下瓦斯气体瞬时体积流量QS（Nm3/h）；

5）根据公式Qm=QS×0.7154×C/1000计算甲烷气体瞬时质量流量Qm（t/h）；

6）通过监控系统对甲烷气体瞬时质量流量进行积算，获得累计减排的纯甲烷的质量，再乘以甲烷和二氧化碳的温室效应倍数21即可得到项目减排量的标准值。

3 结语

在目前能源局势趋紧的情况下，利用煤矿瓦斯发电为矿井补充了绿色电力，节约了能源，降低了温室气体的排放，同时作为储量丰富的气体能源，也是对国家能源结构的重要补充。

通过瓦斯发电监控系统的优化设计，提高了瓦斯发电项目的控制水平，完善了瓦斯利用过程的监控功能，为矿井带来更多的安全保障、经济效益和社会效应。

参考文献：

[1]GB50058-92.爆炸和火灾危险环境电力力装置设计规范[S].

篇6

二氧化碳的化学性质非常稳定，不容易与其他物质发生反应，因此在工业领域仅用于生产尿素和聚碳酸酯等。东京工业大学教授岩泽伸治等人发现，碳化合物经过处理后可以与二氧化碳结合，形成新的碳物质。

研究人员向与铑结合在一起的碳化合物中加入了铝化合物，使碳化合物中碳氢结构变得容易断开，从而能够与二氧化碳结合在一起，形成新的碳物质，这种物质用处很大，能够用于合成塑料和药物。比如用乙烯与二氧化碳反应结合后产生的物质可合成制造树脂用的丙烯酸。研究人员说，这不仅有效利用了二氧化碳，还可减少石油产品的使用量。在现阶段，该技术成本较高，因为为了促进反应，要加入铝化合物。岩泽伸治指出：“希望将来能够无需使用铝化合物，而通过光能等来促进反应，我们力争10年后使这一技术达到实用化。”

武大张俐娜教授获国际化学大奖

2011年4月2日《武汉晚报》讯(记者屈建成通讯员张全友)，“这是一个神话般的故事……”在谈到这项纤维素溶解新技术时，国际同行如此评价。上月30日，武大张俐娜教授获美国化学会安塞姆・佩恩奖，她是49年来首次获该奖的中国人。

昨日，在张俐娜教授的实验室里，记者亲眼见证了这项新技术：用尿素、氢氧化钠和水作为溶剂，预冷至零下12℃，将极难溶解的纤维素丢进去，1～2分钟便化为粘液。张俐娜教授带领的研究团队通过开发这种“神奇而又简单”的水溶剂体系，敲开了纤维素科学基础研究通往纤维素材料工业的大门，也捧回了国际上该领域的最高奖。

评委们认为：“她创建的‘绿色’溶剂低温溶解的新理论和技术是可再生资源材料领域的重大突破。”国际著名水凝胶科学家、英国东北威尔士大学原校长Glyn O.Philips这样称：“这是_个实验室基础研究到工业化试验的神话般故事”。

据了解，溶解纤维素传统方法是高温加热法，但成本高、能耗高，且不太环保。张俐娜教授花费12年研究成功的新技术，不仅可将棉短绒、蔗渣、虾壳、蟹壳、豆渣等废弃物变身为可降解的薄膜、舒适的面料、日用品和生物医学材料等，且经济环保能耗低。目前，已有芬兰等世界知名企业有意与其合作。

英国温室气体排放量出现反弹

2011年4月1日新华网伦敦3月31日电(记者黄)，英国政府31日公布的统计结果显示，与2009年相比，英国2010年温室气体排放量上升2.8％。英国一直倡导应对气候变化和减排温室气体，此次排放量反弹引起关注。

英国能源与气候变化部当天公告说，英国2010年6种温室气体的排放总量相当于5.82亿吨二氧化碳。2009年，这一排放总量相当于5.66亿吨二氧化碳。

英国是倡导应对气候变化和减排温室气体的国家之一，在世界上率先为此立法，其《气候变化法案》规定了自身的减排目标。自20世纪90年代以来，英国的温室气体排放量基本上维持缓慢下降趋势。有分析说，这次排放量反弹的一个重要原因是，经济危机使英国2009年的排放量比上年大幅下降8.7％，但随着经济的逐渐恢复，各领域的排放量开始上升，其中排放量升幅最大的是住宅领域，比上年增加13.4％。

英国能源大臣克里斯休恩就此表示，英国政府的目标仍是减少对化石燃料的依赖，促进可再生能源的利用。能源利用效率不高和隔热效果不好的住房造成了许多能源浪费，政府将采取措施帮助改造这些住房。

北极上空臭氧层受损程度前所未有

2011年4月7日《科技日报》据纽约4月5日电(记者卞晨光)，世界气象组织今天发表最新报告说，臭氧层这个保护地球上生命免受紫外线辐射伤害的天然屏障遭受破坏的程度目前已达到了前所未有的程度，未来数年世界各国必须继续对北极上空臭氧层保护问题给予高度的关注。

世界气象组织表示，综合分析由地面观察、气象卫星和观测气球所提供的数据，自去年冬初至今年3月底，整个冬季北极上空臭氧层的耗损量达到40％左右，而此前最严重时的记录是损失30％。报告说，这个冬季北极上空臭氧层的损失达到新高的结果并未出人意料，因为虽然《蒙特利尔议定书》正在成功地发挥着作用，但以前排入大气中的那些可耗损臭氧层的化学物质短时间内难以分解，仍具有持久的破坏功效，一旦大气平流层的温度降到零下78℃以下，就会发生破坏臭氧的化学反应。而在刚过去的冬天里，北极地区地表温度虽高于平均温度，但平流层的气温却明显低于往年。

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我们都知道，地球的地质构成包括是由地壳、地幔和地核。地壳是地球最表面的构造层，主要是由岩石组成，约占地球体积的0．8％。根据地壳的性质，地壳可分大陆地壳和大洋地壳。由于海洋占了地球表面的绝大部分，所以，大洋地壳是地壳的主要部分。构成地壳的岩石是自然形成的矿物集合体，它构成了地壳及其以下的固体部分。

在地壳之下是地幔。地幔是巨厚的硅酸盐圈层，是地球最重要的组成部分，约占地球体积的82％，由于地幔太深，无法直接观察，只能以间接的方法研究。研究方法包括地震波、重力和岩石的刚性和弹性反演，以及实验岩石学研究。根据研究，可将地幔分成由浅至深的三个部分；上地幔、过渡层和下地幔。

地幔内部有大规模的物质对流。这一对流会驱动地壳的大陆板块运动。那么，这种对流是怎么产生的呢?这就是因为地球的内热，这种热量一般被认为是由于放射性同位素衰变引起的。地球内热的秘密就隐藏在地球深处，而在地球的最核心处，就是地核。地核位于地下2900千米以下。地球物理学的研究表明，地核可分为两个部分：内地核和外地核。关于地核，人们所知还非常有限。但是有一点是可以肯定的，那就是，地球内部是一个高温高压的世界。

地球内部聚集的能量有时候会释放到外部。火山爆发就是地球释放能量的一种方式。火山爆发的时候，会从地下喷涌出各种气体和炽热的岩浆。这些岩浆把热量从地球内部转移到地球的表面。通过传导和对流扩散等方式，地热会向地球表面传递，在这种传递过程中，会出现矿物相转变、地幔对流、岩浆喷发等地质现象。那么，我们很容易想到，如果在某个地质时期，有大体量的地热从地下传递到地表，那么，地球是不是也会变热呢?

火山、温泉以及成矿热流体都表明地热是客观存在的。全球的地热分布非常不均匀，这与地球板块构造位置密切相关。不同地区、不同深度的温度存在明显差异。这种差异会造成地壳的不规则运动，当地壳的板块发生碰撞和挤压的时候，地壳下面的岩浆就可能冲出地壳，造成火山爆发。由于地球内部温度很高，压力很大，所以岩石在高温下会变成通红的炽热液体。随着温度的提高，岩浆产生的物理和化学反应可以释放出有毒气体，好像水中的气泡一样上升到岩浆表面破裂。这就是人们看到的岩浆沸腾的样子。

我们所能见到的火山只是大陆上的火山，还有更多的火山在海底。海底火山起初只是沿洋底裂谷溢出的熔岩流，以后逐渐向上增高。大部分海底火山喷发的岩浆在到达海面之前就被海水冷却，不再活动了。所以，人们很难真正看到海底火山爆发的景象。顶多看到的是，海底的熔岩泉不断冒出新的岩浆，冷却而形成新的火成岩。熔融的岩浆在海底喷溢而出，形成海底火山。海底火山在喷发中不断向上生长，会露出海面形成火山岛。随时间迁移，地幔对流将火山岛缓缓地从大洋中脊向两侧推开，同时火山岛的年龄从洋中脊向外逐渐变老。这一地质过程就是海底扩张。

20世纪50年代，地球物理学家爱德华，布拉德(EdwardBullard)发明了一种热流探针。这种探针可以下到海底，穿入海底层测量温度梯度。这种探针测量的结果令人吃惊，通过太平洋海底地壳，由地球内部释放的热流比预期值高10倍。而大洋中脊的热流值更高，海沟处则比正常值低。这测量结果表明，热流应是从大洋中脊上升，在海沟处下降。

最近一些年来，我们都知道厄尔尼诺现象，就是洋流水温反常升高，从而造成了很多气候反常的现象。那么，我们可以推测，如果大洋海底的火山活动异常，在某时期内释放了巨大热量，那么，也会对地球气候造成巨大影响。

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关键字：生物质发电 节能效果 减排作用

我国的生物能源十分丰富，科技的发展也为开发利用生物质资源提供了可能性和便捷性，尤其在当前我国政府大力提倡节约能源、保护环境的形势下，传统能源的能源消耗高、环境污染严重等已成为亟待解决的问题，此时对于生物质能源的开发利用恰能解决这两种问题。

生物质能源即是以生物质作为载体的能源，生物质发电是指利用生物质可再生碳能源的特性进行发电，生物质发电种类众多，包括农林废弃物发电、沼气发电、生活垃圾发电等在内的生物质发电。生物质能源不仅是可再生能源，利用生物质发电还具有绿色环保、电能质量好的优点，节能减排的效果十分显著。

一、生物质发电的节能效果

生物质能源在能源转换过程中的充足性、普遍性和使用充分性使其在能源发电领域具有明显的节能优势。

能源对于人类社会有着十分重要的意义，是人类社会赖以生存的重要物质基础。当前国际上使用的能源百分之九十是石化能源，这些能源储量有限，不可再生，大量的能源消耗使得非可再生能源急剧减少，而生物质能源则分布广，蕴藏量大，随处可见，使用便捷，生产过程比之化石能源也简单的多。

农林产业是我国生物质能源原料的主要来源，我国是农林业大国，耕地广，年产秸秆量及农产品加工废弃物数量巨大，除去少部分作为工业原料和畜牧业饲料外，剩余的大量农业废弃物均可作为能源燃料使用。

我国的森林面积覆盖广，每年森林剪修、采伐、加工后的大量林业废弃物也可以作为生物质能源使用。而随着我国畜牧业及工业的发展，畜禽养殖粪便、工业排有机废水均可作为沼气能源使用，城市化的进一步发展也使我国每年的城市垃圾量不断增加，更加丰富了生物质能源原料的产量。

生物质的混合燃烧发电是指将生物质能源与矿物质能源两种原料进行混合燃烧发电，这种燃烧方式不需要对电厂的现有设备进行太大的改动，还可以节省矿物质能源，大幅度降低投资费用；

将生物质原料的原料放入气化炉中使其生成可燃气体的过程即是生物质热解气化发电，热解气化生成的气体经过净化后可以供给小型燃气轮机或者内燃机使用，节约了内燃机和燃气轮机对于石化能源的消耗；

生物质的沼气发电则是利用发酵技术，将工业有机废水废渣及屠宰场畜牧场的畜禽粪便进行发酵，生成沼气。这一技术已在我国广泛使用，至2000年底，我国已建立的400余家沼气工程利用沼气每年可发电5.4GWh。

而自2006年12月山东省单县生物发电厂作为我国的第一家生物质发电厂建成发电以后后，仅一年的时间我国便陆续建成了包括山东高唐，河北威县、江苏射阳生物发电厂等在内的数十个生物质发电厂，这10家生物质发电厂投入使用以后，一年便可节省煤炭能源90万余吨。而根据国家能源局的规划，我国的生物质发电装机在2015年将达到1300万千瓦。通过以上数据可以说，生物质的节能效果十分可观。

二、生物质发电的减排作用

生物质能源是太阳能被绿色植物通过光合作用以化学能形式储存在有机体内的能量，由于直接来源于绿色植物的光合作用，它是真正的“绿色能源”，比起常规矿物质能源它燃烧容易、含硫量低、灰尘少、有害气体的排放少，对于它的合理开封利用不会造成生态和环境问题。

由于二氧化碳等温室气体排放量的快速上升，全球正面临着严峻的温室效应问题。我国是世界上煤炭生产和消费的最大国，所使用的电力百分之七十来自煤炭，但由于我国煤炭的质量、采煤及使用过程中的技术限制导致我国的煤炭利用率低，燃煤发电不仅排放大量的二氧化碳等温室气体，还会产生严重的硫化物及粉尘污染。

作为温室气体排放量的大国之一，由于技术经济等各方面的原因，我国虽是温室效应可可能的最大受害者之一，却还不具备承诺限排的能力，因而作为“绿色清洁能源”的生物质能源所具有的减排效果在此时更显得十分必要。

生物质是通过光合作用吸收空气中的水分和二氧化碳，以化学能的形式将太阳能贮存在自身内部，燃烧之后，生物质体内的化学能转化成热能和电能，并释放出二氧化碳和水分，这种循环的排放和吸收结构构成独特的自然界碳循环，在利用是能够实现二氧化碳气体的零排放。

据有关数据统计，生物质发电每节省1吨标准煤便可少2～3吨的二氧化碳排放量。而农业生物质的含硫量也低至0.01%～0.07%，远比同质量的煤炭含硫量低得多，因此在减排二氧化硫等有害气体上也有很好的效果。

三、结束语

我国人口众多，经济的发展面临着资源和环境的双重制约，化石能源蕴含量大，单人均资源含量低，随着我国经济的迅速发展，能源、环境与经济三者之间的矛盾也更加锐化，对于生物质能源的开发与利用能够有效地缓解我国当前的能源紧缺和环境污染问题。而在此过程中，我们也应意识到我国对于新能源的开发利用在技术、政策上的不足，通过提高技术完善政策等手段使生物质发电节能减排的优点能够得到更充分的发挥。

参考文献：

[1]朱丹，朱芷萱.我国生物质发电的现状及发展前景预测. [J].科学咨询/科技・管理，2012.（16）.9-10

[2]张世龙，郑美玲.生物质发电项目效益分析及政策选择. [J].环球市场信息导报，2012.（26）.9

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关键词：共同但有区别责任原则可持续发展环境管理机制

“2007年中国公众环保民生指数”于2008年7月1日在北京正式。调查显示,公众的环保意识总体得分为42.1分,环保行为得分为36.6分,环保满意度得分为44.7分。①三项指标均不及格,其中两项仅刚过40分和一项低于40分的现实,无疑为中国公众的环保意识与行为敲响了警钟

调查还显示,66.9%的公众认为现阶段我国环境问题非常严重和比较严重,比上年增加了3.9个百分点。只有2.7%的人认为不太严重和不严重,比上年下降5.3个百分点,显示公众对当前的环境满意程度急剧下降。②环境一直都是一个比较另人揪心问题,尽管环境关系到人类基本的生存和可持续发展,尽管环境如此的重要,但是每当人们在做出利益抉择的时候,环境往往是最先被抛弃的问题。从国际环境法的视角,新的国际法理念和制度正在酝酿。主要反映在以下几个方面:

1.国际环境中产生了“共同但有区别责任原则”,这也是国际法在环境问题上的基本原则。共同但有区别责任原则作为国际环境法的一项基本原则,是一项新的正在形成中的原则,国内外对其关注不多而且认识也不一致。简单来说主要包括两个关键词“共同”和“区别”。“共同”指的就是所有的国家都有保护环境的义务,这是一个不可推卸的责任。“区别”就在于每个国家由于有着各自的特性,所以他们承担责任的大小、时间和性质等是不一样的。“共同但有区别的责任”原则是应对气候变化未来国际合作得以维系并取得进展的基础。根据这一原则,国际社会应加大对发展中国家的支持,发达国家应履行对发展中国家的技术转让和资金支持的承诺,切实帮助发展中国家提高减缓和适应气候变化的能力。

2.以环境保护和可持续发展为内容的人类共同利益已经形成,这必将引起国际法的重大变化和转型。伴随经济全球化而来的是生态的全球化。经济全球化大大提高了全球生产力和全球生产总量,使人类活动对生态环境的破坏日趋严重。我们生活在同一个生态圈里,任何主权国家和个人都对全球生态环境享有权利,但同时亦负有责任。③恰如哥伦比斯和沃尔夫讲的那样:“在这个工业产值被视为国家政治权力中一项重大要素的世界体系当中,我们不应期望政府会自愿地限制本国的生产率,除非本国公民大规模中毒,或者本国领土资源枯竭等威胁迫在眉睫。如果说全球性问题确实能刺激建立全球制度的话,那么,这种趋势有可能向更多地导致国际(也可能是超国家的)调整方向发展,随之而来的是国家主权和独立的削弱。” ④

自从1980年首次提出“可持续发展”这一概念,关于它的定义一直都是争论不休的。目前,关于“可持续发展”有一个比较权威,接受度也是比较高的一个定义——“既满足当代人需要,又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展。”⑤这是在《我们共同的未来》一书中提出的。此定义主要是从伦理学的角度来界定“可持续发展”的内涵。主要包括三个层次:(1) 代际公平,主要是不同代人之间在资源上的合理分配。我们当代人不能为了自己无休止的欲望而去肆意的挥霍有限的资源,从而剥夺了子孙后代所应当享有的权益。(2)代内公平,主要针对的本代人之间的资源分配。(3)空间上的公平,主要说的就是区域内以及不同区域之间的资源分配。

3.集体环境管理机制要创建体现共同责任和共担义务概念的规则和制度,这将严重撞击各国的国内结构和组织,赋予了国内个人和群体和义务,也体现了某种为了这个星球整体的共同福利的概念。

首先,对内各国需缩小国家主权权限以尽生态环境国际义务,如各国需按不同要求减少温室气体的排放,减少汽油用量等,而这在纯粹国家主权观下完全是国家内部事务;其次,对外各国需服从跨国组织对全球公共资源的管理,例如各国服从联合国的管理,无权对南极大陆提出领土和主权要求;再次,越境生态环境问题使主权国家保护其领土安全的能力受到挑战,从而降低了国家主权的权威;最后,伴随生态环境问题的出现而兴起的“地球村”意识以及全球化意识,客观上也构成了对国家主权意识的淡化和弱化。

4.国际环境法的发展可能促进国际政治体制的变革。如何在经济发展和环境保护的利益平衡原则下,发展一种利益补偿机制和资金援助机制,让发展中国家能对环境保护得起,不因环境的保护而阻碍经济的发展,这一问题尚需在现有政治体制的基础上解决。

政治是权利与利益斗争的过程,而关系是对各种现象的描述,而这些现象中包括政治现象。由此可见,两者不是同一个概念范畴。政治和关系的前面惯以“国际”二字,从语法上讲,只不过是一个定语,并不影响他们本质的。综上分析,可以看出国际政治是国际关系中的一个分支。

全球政治这一概念以全球性政治问题为研究对象,探讨影响地球上一切国家和地区所有居民的安全、秩序、公正、自由和发展等全球性问题,揭示它们产生和演变的内在规律,提出相应的对策、设计未来全球政治体制的蓝图。⑥全球政治学研究的内容相当广泛,内容涉及各个层面的全球问题,比如说全球环境问题、人口增长问题、全球粮食供应问题等等,其产生的目的也是为了全人类谋福利。

联合国《气候变化框架公约》(以下简称《公约》)和《京都议定书》是国际社会应对气候变化的指导性文件。《公约》确立的原则是在经过发展中国家协调一致的努力下争取的结果,最主要的有两项,其一是“共同但有区别的责任”原则。发达国家过去、现在和未来相当长时期都是温室气体的主要排放者,应该对气候变化承担主要责任。发达国家应履行《公约》中规定的率先采取减排行动以及向发展中国家提供资金、转让技术和帮助进行能力建设的义务。其二是可持续发展的原则。经济和社会发展及消除贫困仍然是发展中国家当前首要和压倒一切的优先事项,同时在发展中也要探索发展经济与保护环境相协调的新型发展道路。

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随着人口增长、城市化进程加快以及经济发展水平提高，我国废弃物产生量日益增多。废弃物处置不仅影响居民的生活环境质量，而且还关系到温室气体排放。作为温室气体的主要排放源之一，废弃物在处置过程中，会产生甲烷、二氧化碳、氧化亚氮等温室气体①。目前，我国对废弃物处理通常采取填埋、焚烧和堆肥三种方式。根据《IPCC2006年国家温室气体清单修订指南》(以下简称《IPCC2006年指南》)有关国家温室气体清单的分类，废弃物产生的温室气体主要有4个来源：固体废弃物填埋处理、固体废弃物生物处理、废弃物的焚化与露天燃烧、废水处理与排放。其中，固体废弃物填埋处理(SWDS)是废弃物温室气体最大的排放来源。固体废弃物填埋处理时，甲烷菌使其含有的有机物质发生厌氧分解，产生甲烷。甲烷是《京都议定书》提出控制的6种温室气体之一，是仅次于二氧化碳的具有较强温室效应的气体，而且其增温潜能较高，相当于同等质量二氧化碳的21倍(高庆先等，2006)。据IPCC估算，在每年全球温室气体排放中，由固体废弃物填埋产生的甲烷约占3%—4%(IPCC，2001)。同时，固体废弃物填埋处理还产生二氧化碳、非甲烷挥发性有机化合物(NMVOC)以及较少量的氧化亚氮、氮氧化合物和一氧化碳。其中，包含化石碳(如塑料)在内的废弃物焚化和露天燃烧是废弃物主要的二氧化碳排放来源。另外，废水处理也会造成甲烷和二氧化碳的排放。

目前，中国已超过美国成为全球最大的城市固体废弃物(MSW)和工业固体废弃物生成地。2009年，我国城市固体废弃物和工业固体废弃物的产生量分别达到1.57亿吨和20.3亿吨。分析废弃物的温室气体排放趋势，计算其所占排放总量的比重，对我国掌握各类排放源的排放态势，设计相关领域的减排路径具有重要意义。然而，关于我国废弃物温室气体排放的相关研究成果很少。其中，杜吴鹏(2006)、高庆先等(2006)利用《IPCC1996年指南》给出的质量平衡法，测算出1994-2004年我国城市固体废弃物填埋处理所产生的甲烷排放量。但最新的《IPCC2006年指南》却建议在计算废弃物的甲烷排放时，尽量不要采用质量平衡方法，而鼓励使用一阶衰减法(FOD)。相比质量平衡法，一阶衰减法估算的年度排放数值更加精确。本文根据《IPCC2006年指南》提供的参考方法，对我国废弃物的温室气体排放进行系统的定量分析，并对2010-2050年的排放趋势做出预测，估算废弃物温室气体排放峰值及其出现时间。在此基础之上，通过国际比较，提出减少废弃物温室气体排放的政策建议，为我国制定废弃物部门的减排路径提供依据。②

二、计算方法及依据

《IPCC2006年指南》推荐使用一阶衰减法计算固体废弃物填埋处理产生的甲烷。此方法假设，在甲烷和二氧化碳形成的数十年里，废弃物中的可降解有机成分——可降解有机碳(DOC)衰减较慢。如果条件恒定，甲烷产生率完全取决于废弃物的含碳量。因此，在填埋之后的最初若干年内，处置场沉积的废弃物所产生的甲烷排放量最高，随着废弃物中可降解有机碳逐渐被细菌消耗，其排放量将趋于下降。一阶衰减法要求先计算被填埋处理的废弃物中可分解可降解有机碳(DDOCm)的数量。作为有机碳的一部分，DDOCm是指在厌氧条件下填埋处理时降解的那部分碳。源自废弃物填埋处置的DDOCm为：

三、固体废弃物生成量：相关数据处理

编制固体废弃物生成的数据是估算其排放温室气体的起点。在编制过程中，由于经济发展水平、产业结构、废弃物管理法规以及生活方式不同，各国固体废弃物的产生率和成分也不尽相同。《IPCC2006年指南》将填埋处置的固体废弃物分为三类：城市固体废弃物(MSW)、污泥和工业废弃物。然而，在我国，由于处置方式相对单一落后，农村废弃物排放也不可忽视。同时，鉴于污泥占填埋处置废弃物的比重较小，且我国可查污泥的统计数据较短，在此不做估算。因此，本文重点测算城市固体废弃物、农村固体废弃物与工业固体废物三项指标。

如前所述，给定一期固体废弃物在填埋后，甲烷会随着有机物质的分解陆续排放，其排放过程将是长期的。假定值为1的废弃物在第0期被填埋，通过对其一阶衰减过程进行数值模拟可发现，第二期时废弃物的甲烷排放量最高，此后逐渐减少，至第50期时甲烷排放量已基本为零。相比固体废弃物填埋量，废弃物产生的温室气体排放量(折合为碳排放)存在一定的滞后。当废弃物填埋量达到峰值时，其产生的碳排放量将会延后若干年才能达到峰值。因此，为使计算结果更加准确可信，一阶衰减法需要收集或估算废弃物的历史处置数据，采用至少50年的处置数据为佳(见图1)。

图1　废弃物每期排放的甲烷趋势模拟

1.城市固体废弃物生成分析

本文使用我国历年城市生活垃圾清运量代表城市固体废弃物生成量。由于该指标自1980年才有可查数据，为了获得50年以上的数据，需对未来一段时期城市生活垃圾清运量进行预测。城市垃圾生成(清运量)主要受人口、城市化率、经济发展水平以及垃圾处理技术等因素的影响，因此，选取城市人口、城市化率、人均GDP、生活垃圾排放强度(生活垃圾清运量/GDP)作为相应的自变量，预测采用多元线性回归方法，计量回归结果如下：

为预测2010-2050年城市生活垃圾清运(排放)量，需设定方程(5)中各变量2010-2050年的变化情景(见表1)。

据上述对各变量的情景设定进行预测，结果显示，到2050年，我国城市生活垃圾清运(排放量)仍不会出现峰值(见图2)。这表明，城市化进程加快，城市人口增多及居民生活水平提高将导致城市生活垃圾生成量不断上升。

2.农村固体废弃物产生趋势

采用历年粮食产量数据替代秸秆类农作物产量数据，即可计算出1980-2009年农村固体废弃物排放量。

为了预估2010-2050年农村固体废弃物排放，需要对未来我国粮食产量进行预测。刘江(2000)参照中等发达国家的消费结构预测出我国未来50年的人均粮食需求。在刘江给出的整数年节点预测基础上，利用matlab对其进行样条函数插值模拟，可得出其他年份人均粮食需求量。结果显示，2050年，我国人均粮食需求量将达到430公斤，比2005年增长9.4%。由此，利用前文对未来人口的预测结果，则可估算出2010-2050年我国粮食需求量。假定未来我国能保持粮食基本自给，则可近似将粮食需求量等于粮食生产量。④在此基础上，测算我国农村固体废弃物的产生量。从图3可以看出，未来我 国农业的固体废弃物产生量将呈上升趋势，但上升速度趋缓。一方面，居民生活水平提升将推高粮食需求量；另一方面，由于我国总人口增速下降，并较有可能在2050年之前迎来人口拐点(UN，2009；杜鹏等，2005；陈卫，2006)，这在一定程度上抑制粮食总需求量。

3.工业固体废物生成量测算

自1980年以来，工业固体废物一直是我国固体废弃物的最大来源。2009年，我国工业固废产生量达到203943万吨，而城市生活垃圾清运量仅为15734万吨，前者约为后者的12倍。该指标的统计同样也始于1980年，因此，为获得50年以上的数据，需对未来工业固体废物产生量进行预测。预测同样采用多元线性回归的方法，选取总人口、人均GDP、工业固体废物产生强度(工业总体废物产生量/工业总产值指数)等影响工业固体废物生成的主要因素作为自变量，计量回归结果如下：

利用回归方程，通过设立各自变量2010-2050年增长情景模式(设定依据参照上文)(见表2)，即可对2010-2050年工业固体废物产生量进行预测。预测结果显示，我国工业固体废物产生量将在2025年达到峰值，峰值额约为22亿吨，随后将逐步下降(见图4)。

图4　1980-2050年我国工业固体废物产生量(单位：万吨)

目前，各国仅对无法回收再利用的废弃物采取填埋等处置手段，而且只有这部分的工业固废才会排放甲烷等温室气体。随着回收利用技术推广应用，工业固废回收利用比重不断提高，美国、日本、德国等发达国家工业固体废物利用率均已接近100%，促使工业固废温室气体排放显著下降。为缓解日益增大的环境和资源压力，近年来我国工业固体废物再利用力度加大，工业固废综合利用率已由1990年的29.3%上升至2010年的69%.其中“十一五”时期工业固废综合利用率提高13.2个百分点。但与发达国家相比，我国固体废物处理技术和综合利用水平仍存在一定差距，减量化、无害化、稳定化、资源化程度偏低，尚有较大的提升空间。与“十一五规划”不同，“十二五规划”中并未设置工业固废综合利用率目标，但2011年工业与信息化部了《关于开展工业固体废物综合利用基地建设试点工作的通知》，要求到“十二五”期末，试点地区工业固废综合利用率在2010年基础上提高10—12个百分点。假定“十二五”期末，试点地区如期完成该任务，则届时试点地区工业固废综合利用率将达到79%—81%。由此，假设2015年全国工业固废综合利用率为75%，2050年工业固废综合利用率接近发达工业国的水平，为95%，同样采用matlab对其进行样条函数插值模拟，可得出2010-2050年我国工业固废综合利用率数值(见图5)。在此基础上，计算出1980-2050年未被利用的工业固体废物(即按填埋处理的工业固体废物)数量(见图6)⑤。结果显示，2010-2050年我国按填埋处理的工业固体废物数量明显下降。这一趋势符合加快转变发展方式的目标方向，也是随着产业转型升级工业固体综合利用率逐步提高的结果。

图5　2010-2050年中国工业固废综合利用率

图6　1980-2050年中国工业固废填埋量(单位：万吨)

四、废弃物碳排放及其峰值：基于FOD的测算

在获得1980-2050年城市固体废弃物、农村固体废弃物与工业固体废物填埋处置相关数据后，即可使用一阶衰减法分别计算出其排放的甲烷。计算步骤如下：①利用T年排放的固体废弃物数据，计算出当年产生出的可降解有机碳(DDOCm)。②计算T年年终时固体废弃物处置中所累积的DDOCm。③计算T年固体废弃物处置中所分解的DDOCm。④计算可分解材料所产生的甲烷。

使用一阶衰减法时，需要对相关参数进行校准。《IPCC2006年指南》鼓励通过开展废弃物产生研究、SWDS场所抽样调查及结合国内可降解有机碳分析，获取特定国家参数值。然而，由于调研条件限制，中国特定参数值尚难以获得。在这种情况下，本文借鉴《IPCC2006年指南》中给出的缺省参数值，测算甲烷排放量。其中，城市和农村固体废弃物的可降解有机碳(DOC)值为0.14，可降解有机碳的比重()值为0.5，甲烷修正因子(MCF)为0.71，产生的垃圾填埋气体中甲烷的比重(F)值为0.5，氧化因子(OX)值为0。而对于工业固体废物，DOC值为0.15，值为0.5，MCF值为0.72，F值为0.5，OX值为0。

由于半衰期的反应常量(k)值受气候影响较大，该数值在降雨量少的干地区与雨量丰沛的湿地区之间存在较大差异，而我国幅员辽阔、各地区气候和降雨量差别较大，直接影响反应常量的取值。因此，本文以年均降水量800毫米作为划分标准，将我国31个省市区划分为干地区与湿地区，从而对参数k进行校准，以改进预测结果(见表3)。同时，依据1980-2009年各省市区的GDP水平，测算各年干地区与湿地区参数权重，由此分别加权计算出我国城市、工业固体废弃物在半衰期中的反应常量k值。同样，利用1980-2009年各省市粮食年产量，加权测算出我国农业固体废弃物在半衰期中的反应常量k值。

利用校准后的参数，分别求出各年城市、农村、工业固体废弃物甲烷排放量，加总得出废弃物甲烷排放总量，进而换算成废弃物碳排放总量(见表4)⑥。结果显示，1981-2009年，我国固体废弃物碳排放处于快速上升态势，2009年碳排放量达2788.27万吨。但固体废弃物排放占全国碳排放总量比重在达到2001年2.34%的高点之后，下降较快，2009年这一比值降至1.4%。主要原因在于：一方面，20世纪头10年这一轮工业和经济高增长导致能源、工业生产过程等主要排放源的排放增长相对更快，占排放总量的比重上升幅度更大；另一方面，这也是我国废弃物处置水平提高的结果。继续推算未来固体废弃物的碳排放量发现，我国固体废弃物产生的碳排放将于2024年达到峰值，峰值量为3323.6万吨，随后排放量将呈下降趋势，所占全国碳排放总量比重进一步下降，届时为1.1%(见图7)⑦。

五、结论：国际比较与政策建议

过去20年中，主要发达国家废弃物温室气体排放占其排放总量的比重均有较大幅度下降。1990-2009年，美国、澳大利亚、日本在碳排放总量出现不同程度增长的情况下，其废弃物的碳排放仍有明显下降，而同期欧盟(15国)废弃物碳排放下降也远远超过其排放总量的下降幅度(见表5)。产业升级转移、废弃物处理技术进步、工业清洁生产和循环经济的推广以及居民生活垃圾规范化管理是导致发达国家废弃物温室气体排放下降的主要原因。目前，欧美国家废弃物收集、 回收、处理、加工及销售的规模化、产业化水平不断提高，并已形成较为成熟的商业模式。固体废弃物处理公司一般包括废弃物回收中心、垃圾填埋场、有机废弃物堆肥场等在内的一整套处理设施，而居民和商业机构交纳的废弃物处理费以及回收产品和副产品销售则是其收益的主要来源。回收率提高减少了温室气体排放，缓解水体污染，降低对填埋场和焚烧炉的需求，并提供工业原材料，节约能源，增加就业机会。目前，发达国家不仅废弃物处置技术领先，而且还建立了较为科学完善的废弃物管理体系，其核心内容在于设置合理的废弃物管理分级制度。处置废弃物时首先在生产过程中减少废弃物排放，其次为废弃物回用及循环利用，再次为废弃物再生处理(如堆肥和厌氧消化)，最后才为填埋处理。通过在源头对可循环利用物质进行分离，可减少废弃物产生量，提高废弃物回用量。

与发达国家相比，我国人均GDP和城市化率较低，人均固体废弃物日产量约为0.75公斤/人/天，仍处于较低水平，而日本、卢森堡、美国等发达国家人均固体废弃物日产量分别达到1.2、1.75、2.1公斤/人/天(世界银行，2005)。然而，由于人口基数大，我国废弃物生成总量仍较大，而且随着人均收入不断提高，工业化和城市化进程加快，我国废弃物生成量特别是城市固体废弃物产量呈快速上升趋势，废弃物的温室气体排放增加，环境影响增大。与发达国家废弃物温室气体排放已出现下降的趋势不同，我国废弃物碳排放到2024年才能达到峰值。到2050年，我国废弃物碳排放与峰值时水平相比下降约10%，与美国、日本1990-2005年变化情况相近，这是由我国经济发展和工业化的阶段性特征决定的。相对于城市固体废弃物，由于我国粮食需求逐步稳定，农村固体废弃物生成量增速趋缓，而在经历了21世纪头10年这一轮工业高增长中生成规模快速扩大后，工业固体废弃物将随着综合利用率逐步提高，处置量会明显下降。同时，本文的预测结果显示，我国废弃物碳排放峰值出现时间要早于碳排放总量的达峰时间，这主要是由于废弃物的碳排放占排放总量的比重相对较小，而能源、工业生产工程、交通等温室气体排放的主要部门面临的减排压力更为突出。⑧

近年来，随着节能减排力度不断加大，我国废弃物处理技术取得显著进步。多数大型城市积极推进垃圾卫生填埋，并以此作为废弃物的主要处理方法。尽管如此，与国外先进的废弃物处置产业化体系相比，我国相关领域在规模、技术和管理体制等方面仍存在较大差距。目前，我国废弃物管理缺少系统、可靠的废弃物产量和处理成本数据，导致政策制定依据不足。同时，居民废弃物处置仍以市政市容管理部门为主导，回收处理效率低，收费难以弥补成本，主要依靠财政支持。而相关部门职责划分不清，建设部和环境保护部均有管理职权，重复监管问题突出。另外，由于废弃物处置市场化经营的商业参与规则不健全，私营部门参与度较低，难以通过市场竞争提高废弃物处置的运营效率。从发达国家的经验来看，废弃物处置技术已比较成熟，并能够产生温室气体减排和减少环境损害的双重效应。在加速工业化和城市化条件下，我国固体废弃物处理有较大的改善潜力。为此，应借鉴发达国家的经验和方式，结合我国废弃物产生及其温室气体排放趋势，加快发展废弃物处置及相关行业，减少废弃物温室气体排放。

一是作为废弃物的主要排放来源，我国工业固废减排潜力较大，工业是废弃物减排的重点领域。因此，应加快传统产业技术改造，淘汰落后产能，大力发展战略性新兴产业，积极推进清洁生产和循环经济，配合资源税改革和环境税试点，加大废弃物处置技术研发投入和推广应用，提高工业生产效率和资源利用率，通过产业升级，从源头上减少工业固废排放。上文的预测结果显示，2010-2030年，我国工业固废综合利用率提高相对较快，应在这一时期加大工业固废综合利用的投入力度，缩减工业固废填埋处置的规模，力争提前达到废弃物碳排放峰值。二是目前我国农村废弃物管理制度建设滞后，投入严重不足，处置方式单一，回收利用率较低。农民收入水平提高和消费升级将改变未来农村废弃物的构成，使得这部分废弃物的处置压力进一步加大。今后，要高度重视农村废弃物处理，结合新农村建设，加强农村废弃物回收以及村镇垃圾收集、污水处理等废弃物处置的基础设施建设，引导农民转变观念，改善生产生活方式，提高秸秆类农副产品以及农村生活垃圾的综合利用率，在为农民创造一定收益的同时，减少环境损害，降低农村温室气体排放。三是现阶段我国废弃物处理仍以简单填埋为主，尚缺乏科学的废弃物分类层级和处置模式。如何建立适合中国产业结构和居民生活方式的分级管理制度是改善废弃物处置效果的关键。废弃物分级管理制度设计应由末端处置转向源头管理，减少转运和处置量，延长填埋场使用时间，通过技术和制度创新降低废弃物处置成本。在分级制度中，对于不能减量或重复使用的二级原料(如纸和金属)应进行重点循环利用，而对无法循环利用的废弃物则需加强再生处理，如采取微生物分解(堆肥或厌氧消化)等方式处置。同时，我国固体废弃物管理法规尚不完善，致使各地政府部门缺少可参照的统一标准，废弃物管理较为混乱。为此，应加快立法进程，明确各部门职责，加强区域间合作和跨部门协调，充分发挥市场机制，鼓励民营企业参与废弃物商业化综合利用，建立可持续的废弃物管理政策法规体系。此外，由于垃圾填埋过程中处置不当，致使填埋场周边土地污染严重，“棕地”现象日益增多。据世界银行统计，中国目前至少有5000块“棕地”，清理这些“棕地”的成本远高于废弃物填埋的收益。另一个值得注意的现象是，近年来焚烧处理废弃物方式在我国发展较快，但由于焚烧温度较低，废弃物焚烧过程中会产生二恶英等有害物质。因此，应加强废弃物处置技术创新投入力度，开发多元化处置技术和模式。如对大中城市周边水泥厂进行技术改造，将城市污水处理厂的淤泥等部分废弃物直接作为水泥厂原料进行高温处置。实现温室气体减排的同时，减少废弃物处置的环境影响。

注释：

①按照IPCC分类，温室气体排放源主要有六个部门，分别为：能源生产利用、农业、工业生产过程、废弃物、溶剂使用及其他。

②由于经济发展水平、生活习惯和自然地理条件不同，各个国家和地区废弃物的处置 方式存在较大差异。美国、意大利、英国等以卫生填埋为主，日本、丹麦、荷兰、瑞士则以焚烧为主，而芬兰、比利时堆肥处理所占比重较大。目前，中国固体废弃物处理主要采取填埋方式，而且是以简易填埋处理为主(杜吴鹏等，2006)。据IPCC估计，我国约97%的城市固体废弃物按填埋处理，焚烧和堆肥处理分别约占2%和1%。因此，在测算我国废弃物部门碳排放时，本文主要测算固体废弃物填埋处理所产生的排放。

③由于我国农作物主要由秸秆类作物构成，非秸秆类作物所占比重较小，为便于预测未来农业副产物的产量，本文暂不考虑非秸秆类作物的排放。另外，受数据来源限制，本文未将农村生活垃圾计入农村固体废弃物之中，但可以预见，随着农民收入水平提高和消费结构变化，我国农村生活垃圾生成量也将逐步增加。

④2004年以来，我国粮食连续6年增产，2009年粮食总产量达到10616亿斤，比2003年增产2002亿斤，粮食自给率保持在95%以上。尽管近两年来粮食进口量不断增加，但所占比重仍较小。同时，政府一直高度重视粮食安全问题，因此，可预计今后粮食生产与消费仍将基本处于平衡状态。

⑤由于1980-1989年工业固废综合利用率没用统计数据，这一时期的数据按年均利用率25%估算。

⑥根据《IPCC2006年指南》，。