基于生命周期評價的氮肥溫室氣體排放研究

柳 楊 程 志 王廷寧 黎水寶

(寧夏清潔發展機制環保服務中心，銀川 750001)

引言

國際科學界認為，全球變暖現象90%以上可能是來自于溫室氣體的排放，而農業溫室氣體的排放量占全球溫室氣體總排放量的30%，由于在生產過程中大量使用合成農藥、化肥等化學物質和采用石化燃料作為動力，農業已成為溫室氣體的第二大重要來源［1］。我國農業源溫室氣體排放占全國溫室氣體排放總量的17%，其中氧化亞氮占全國排放總量的92.47%［2－3］。在農業源溫室氣體排放中，又以化肥、主要是氮肥的生產、運輸、使用過程中引致的碳排放所占比重最大。現代農業的大規模生產和流通體系使農產品的生命周期具有重要的碳足跡特征［4－5］。

產品生命周期碳足跡標識要考慮上游原材料生產、運輸等過程，是國際社會為減緩氣候變化、控制溫室氣體排放、推廣低碳技術而采取的重要措施［6］。基于生命周期評價的氮肥產品溫室氣體排放是國內缺乏研究和公布的基礎數據之一，但它是計算農產品生命周期碳足跡標識的必須數據。本文以氮肥生命周期溫室氣體排放為研究對象，采用生命周期評價方法研究5 種氮肥的溫室氣體排放量，為國內農產品生命周期碳足跡標識研究奠定基礎。

1 研究方法

生命周期理念是比較全面的溫室氣體排放評價方法，能夠避免溫室氣體排放問題在不同產品間的轉移。產品生命周期是指產品(本文氮肥即是產品)從資源開采、原料生產、產品生產、產品流通、產品使用，直至廢棄的過程［7］。生命周期評價是國內外研究產品碳足跡標識的主流計算方法。英國、日本、韓國、美國、歐盟、中國、臺灣等國家和地區已紛紛推出了碳足跡標識評價方法和規范。2007年英國標準協會(BSI)發布了PAS2050“商品和服務在生命周期內的溫室氣體排放評價規范”;中國國家質監局和標準化管理委員會在2008年發布了GB24040“環境管理—生命周期評估—原則與框架”和GB24044“環境的管理－生命周期評價－要求與指南”;日本于2009年公告了碳足跡標準TS Q0010“產品碳足跡評價與標識之一般原則”;世界可持續發展工商理事會(WBCSD)與世界資源研究所(WRI)2011年正式公布了“溫室氣體議定書產品生命周期核算與報告標準”［8］;2012年世界標準化組織(ISO)發布了ISO14067“產品碳足跡—對量化與溝通的要求和指南”。

氮肥溫室氣體排放功能單位是用單位重量的氮肥生命周期內造成的溫室氣體排放量來表示，生命周期中主要排放過程包括生產階段，流通階段和使用階段的直接或間接溫室氣體排放。溫室氣體為《京都議定書》中控制的6 種溫室氣體，即二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氫氟碳化合物(HFCs)、全氟碳化合物(PFCs)、六氟化硫(SF6)。本文主要研究二氧化碳(CO2)、氧化亞氮(N2O)兩種溫室氣體排放源。根據政府間氣候變化委員會(IPCC)公布的100年全球增溫潛勢(GWP)系數，同質量的氧化亞氮(N2O)是二氧化碳(CO2)的310 倍，將兩種溫室氣體排放量轉換成二氧化碳排放當量(CO2eq)［9］。

本文研究的氮肥種類包括硝酸銨、磷酸二銨、復合肥、尿素、碳酸氫銨5 種類型，涵蓋了目前氮肥市場的主要產品。氮含量根據國家化肥標準分別設定為硝酸銨34.6%含氮率，磷酸二銨14%含氮率和17%含氮率兩種，復合肥7%含氮率和13%含氮率兩種，尿素46%含氮率，碳酸氫銨17%含氮率。評價5 種氮肥生命周期溫室氣體排放使用了歐洲平均生產水平下的生產和流通階段的二氧化碳(CO2)排放當量［10－13］。使用階段的溫室氣體排放計算了氧化亞氮(N2O)直接和間接排放，間接排放包括了大氣氮沉降、氮淋溶和徑流損失引起的氧化亞氮排放。尿素和碳酸氫銨還包括二氧化碳(CO2)直接排放［9］。具體如表1 所示。

表1 5 種氮肥的氮含量及溫室氣體排放數據

2 結果與分析

2.1 生命周期評價結果

根據5 種氮肥氮元素和碳元素的質量分數占比和全球增溫潛勢(GWP)系數核算得出以下結果，如表2 所示。

表2 5 種氮肥的生命周期溫室氣體排放

由表2 評估結果可以看出:7%含氮率復合肥生命周期溫室氣體排放最少;其次分別是14%含氮率磷酸二銨，17%含氮率磷酸二銨，13%含氮率復合肥，碳酸氫銨和硝酸銨;尿素生命周期溫室氣體排放最高。使用階段溫室氣體排放量是復合肥﹤磷酸二銨﹤碳酸氫銨﹤硝酸銨﹤尿素，與生命周期溫室氣體排放量排序基本一致。

2.2 結果分析

通過表2 的使用階段溫室氣體排放占比可以看出，使用階段溫室氣體排放是影響生命周期排放的主要因素。而隨著5 種氮肥氮含量的依次增高使用階段溫室氣體排放不斷增加。因此，氮含量是氮肥生命周期溫室氣體排放的最主要影響因素。通過對比5 種氮肥不同含氮率對生命周期排放的貢獻值，可看出磷酸二銨生命周期溫室氣體排放是隨著氮含量增加而排放相對最少的，17%含氮率磷酸二銨是既要保證氮肥肥效又要控制溫室氣體排放的最優選擇。

表3 生命周期溫室氣體排放貢獻分析

綜合以上數據及分析，可以看出雖然同比各類氮肥的生命周期溫室氣體排放有差距，可以通過合理選擇、使用較少溫室氣體排放的氮肥控制溫室氣體排放，但是數據相差不大，效果不明顯。要減少氮肥生命周期溫室氣體排放，還是要針對氮肥生命周期內的生產原料、生產工藝、產品流通、產品使用等各階段的高排放環節進行綜合解決。首先要避免使用階段的氮肥濫用、過量使用，使用單位要合理選購、使用氮肥;其次氮肥生產企業的技術和工藝進步，選擇低排放原料，減少室氣體排放;最后是流通過程優化運輸路線，減少運輸、銷售距離和排放。

3 問題與結論

本文研究氮肥生命周期溫室氣體排放，追溯了氮肥生產流通階段的溫室氣體排放，但是由于國內氮肥行業企業生產排放數據的統計缺乏，引用了歐洲數據庫的排放數據，是導致結果存在誤差的主要方面。因此，建議國家相關主管部門借機國內碳交易市場即將建立，建立企業碳排放統計報送制度，進一步精確研究結果，盡早開發國內氮肥等生產資料產品的生命周期溫室氣體排放數據庫。

5 種氮肥生命周期溫室氣體排放的研究結果對氮肥生產企業及下游使用單位進一步控制溫室氣體排放，研究農產品的生命周期碳足跡具有一定的指導作用。排除價格等影響氮肥選擇使用的因素，在相同含氮量情況下，選擇磷酸二銨將更有利于減少溫室氣體排放。

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