我國黑碳區域排放估算與分析

魯頤瓊

（神華集團有限責任公司環境保護部，北京市東城區，100011）

我國黑碳區域排放估算與分析

魯頤瓊

（神華集團有限責任公司環境保護部，北京市東城區，100011）

黑碳主要是含碳物質不完全燃燒產生的不定型碳質，對太陽輻射有強烈吸收作用。本文在分析比較的基礎上，選用了近年來發表的行業黑碳排放因子，根據能源消費構成情況，估算了2012年全國各省市不同排放源的黑碳排放量及排放強度分布，并對京津冀及周邊地區等黑碳排放較高省份的行業分布做了具體分析。

黑碳 年排放總量 年平均排放源強 中國

在大氣PM2.5各化學組分中，黑碳 （Black Carbon）氣溶膠被認為對氣候變化和人體健康具有顯著影響。其尺度主要在0.01～1.0μm，典型形態是具有鏈式球形小粒子，其主要成分為含碳物質不完全燃燒產生的不定型碳質，不會由大氣中其他的化學反應過程生成或清除。除了富含C元素外，還含有地殼粒子元素，如Si、Fe、K和 Mn等，黑碳粒子的表面還可以吸附一些污染物質，如SO2、O3等，以及一些有毒、有害物質如多環芳烴族 （可致癌、致畸、致突變），這些物質可經呼吸系統進入人體從而影響人體健康，故其越來越受到大氣污染防治研究的關注。監測、探究黑碳排放量及其與能源消費的關系對于環境質量和氣候變化的科學研究及對策制定都具有重要意義。

直接測量黑碳氣溶膠的排放量較為困難，現行的方法通常是由實驗室得到排放因子，即從燃燒物質和排放的黑碳氣溶膠推算燃燒物質量與排放量之間的關系，然后應用該排放因子推算黑碳氣溶膠的排放量。聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）報告給出2000年全球化石燃料燃燒排放的黑碳氣溶膠為660萬t／a（范圍600～800萬t／a），還給出了年平均黑碳源強的全球分布（如圖1）。根據報告，中國的東部 （0.05～0.1 kg／（km2·h））是全球4個年平均黑碳排放的極大值源強區之一，最大的源強位于歐洲 （0.2～0.5 kg／（km2·h）），另兩個排放源分別位于南美洲和非洲 （0.02～0.05 kg／ （km2·h））。歐洲1995-1998年平均排放黑碳48.2～51.1萬t。印度1996-1999年平均化石燃料黑碳排放量為10萬t，其中58%來自柴油機排放。

圖1 人為排放黑碳氣溶膠全球平均源強

我國的能源結構以煤為主，原煤燃燒過程是排放黑碳的主要來源，另外我國部分農村有燃燒農作物秸稈的習慣，其燃燒過程會向大氣排放黑碳顆粒物，也是生物源排放的主要來源之一。斯特里茨（Streets）等曾估算了中國1995年和2020年的黑碳排放量為134.2萬t和105萬t，減少的量一半源于能源結構的改變。為獲取較為準確的黑碳排放估算結果，本文根據國內2014年最新的全國及各省份能源統計數據進行計算和分析。

1 估算方法

1.1 確定黑碳排放因子

確定黑碳排放量，關鍵是確定黑碳的排放因子。根據行業和技術的不同，黑碳的排放因子差別也較大。表1給出了本文綜合各文獻的燃燒試驗所選取的黑碳排放因子。

表1 綜合各文獻所得的黑碳排放因子

由于各種行業所采用的能源品種不同，技術不同，導致黑碳的排放因子選取差別較大。本文所選取的黑碳排放因子中等偏高，作為現實黑碳排放的保守估計。例如工業當中，由于燃燒效率、處理裝置以及燃料不同導致黑碳排放因子的估計非常復雜，但由于處理裝置的普及程度比生活消費高很多，故排放因子較低，本文選取值如表1所示；而在電力行業，由于普遍采用的是煤粉燃燒技術，且有較為完善的末端治理措施，故火電的黑碳排放因子非常小，大部分黑碳排放來自于燃油發電的排放；交通行業的黑碳排放因子是根據燃油品種的不同而不同，柴油較高，選取1.1，汽油選取0.08；生活消費等終端消費的黑碳排放因子較高，這是由于燃燒效率較低且處理水平不高，故各種燃料的排放因子都選取了較高值。

1.2 估算排放量

對照各行業所用燃料及技術的黑碳排放因子，與各年的能源活動消費量相乘并加和，可以得到黑碳的排放總量。本文根據 《中國能源統計年鑒2013》的能源統計數據，計算了除西藏、臺灣外各省份來自能源消費量的黑碳排放量及排放源強。

2 估算結果及分析

2.1 各省份排放總量

根據各行業的黑碳排放因子以及各年份能源消費統計數據，計算了2012年各省黑碳的排放清單，結果如下示：

北京3.61萬t；天津2.42萬t；

河北29.07萬t；山西15.92萬t；

內蒙21.16萬t；遼寧11.69；

吉林4.77萬t；黑龍江7.81萬t；

上海3.89萬t；江蘇8.43萬t；

浙江2.81萬t；安徽3.94萬t；

福建2.82萬t；江西3.34萬t；

山東21.49萬t；河南11.89萬t；

湖北10.36萬t；湖南7.74萬t；

廣東4.03萬t；廣西3.19萬t；

海南0.34萬；重慶3.26萬；

四川6.45萬；貴州11.70萬；

云南6.47萬；陜西6.78萬；

甘肅4.69萬；青海1.38萬；

寧夏1.50萬；新疆4.54萬。

利用排放因子所計算的黑碳各省排放量由高到低做柱狀圖進行比較，如圖2所示。

由圖2中可以看到，2012年黑碳排放總量前五名的省份分別是河北、山東、內蒙古、山西和河南。其中河北省的黑碳排放總量最高，為29.07萬t，主要來源是焦炭燃燒，其次是煤炭燃燒；山東、內蒙古、山西和河南的排放總量分別為21.49萬t、21.16萬t、15.92萬t和11.89萬t，排放量主要來自于煤炭的燃燒排放，其次是焦炭燃燒排放；北京的排放總量為3.6萬t，其中來自于煤炭燃燒排放為2.75萬t，為主要來源因素；天津排放總量較低，為2.4萬t，焦炭和煤炭分別為主要來源。

圖2 2012年我國各省各種排放源的黑碳排放情況

2.2 各省份排放源強

由于各省份面積不同，而黑碳的環境效應跟濃度、地理、氣候等因素相關，故將各省2012年的黑碳排放量除以省份面積和小時數，得到每小時單位平方千米的面積上黑碳的排放強度如下：

將不同排放強度用不同深淺顏色表現，得到黑碳排放強度分布圖，如圖3所示。

圖3 我國2012年各省市平均人為黑碳排放源強

由上述各地黑碳排放強度和圖3可以看出，上海的排放源強最高，為0.7043 kg／（km2·h），其能源消耗總量較大，主要黑碳排放來源是煤炭、焦炭、燃料油、柴油和煤油的燃燒排放；其余排放強度較高的省份由高到低分別為北京、天津、河北、山東、山西、江蘇、遼寧、河南、貴州、湖北排放強度范圍為0.064～0.245 kg／ （km2·h），可見京津冀及周邊地區的排放源強普遍較高。

3 結論

本文引用國內外近年來發表的分行業黑碳排放因子，估算了2012年間全國各省黑碳排放量及排放源強分布，為研究黑碳排放與大氣環境狀況提供了進一步研究依據。排放總量及排放源強較高的省份煤炭和焦炭能源消耗較多，排放總量前五名的省份國土面積占全國總面積的19.2%，排放量占到全國的43.8%；排放源強前五名的省份為北京、天津、河北、山東、山西。這些省份主要分布在京津冀及周邊區域，這些地區山地丘陵盆地較多，黑碳的大量、密集排放無法自然消散是導致該區域霧霾氣候的成因之一，應當高度重視化石能源燃燒過程中黑碳排放的控制和管理，進一步研究黑碳排放控制技術并進行市場化推廣應用，加強政策管理整治，消除、減緩黑碳對大氣環境質量和人體健康的影響。

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A

魯頤瓊 （1983-），女，山西人，工程師，碩士，從事節能環保方面的科研及管理工作。

（責任編輯 張立寬）