試析基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)碳排放

趙守清

（福建省武夷山國(guó)有林場(chǎng)）

試析基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)碳排放

趙守清

（福建省武夷山國(guó)有林場(chǎng)）

現(xiàn)代木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)的碳排放是引起全社會(huì)高度關(guān)注的重大課題。本文主要從基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)碳排放的研究方法入手，重點(diǎn)對(duì)其結(jié)果進(jìn)行了分析，希望能給行業(yè)相關(guān)人士一定的參考和借鑒。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；木材生產(chǎn)；作業(yè)系統(tǒng)；碳排放

1 引言

當(dāng)前，全球變暖成為人們共同面臨的問(wèn)題。“碳足跡”作為節(jié)能減排的一項(xiàng)量化參數(shù)，其概念一經(jīng)提出，便得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者積極影響，并進(jìn)行了深入研究，具體來(lái)說(shuō)其研究層面包含個(gè)人碳足跡、產(chǎn)品足跡、服務(wù)碳足跡、企業(yè)碳足跡、城市碳足跡等內(nèi)容，涉及電力、煤炭、鋼鐵、水泥材料生產(chǎn)等眾多領(lǐng)域。在研究方法上，主要參考ISO14064標(biāo)準(zhǔn)、PAS2050標(biāo)準(zhǔn)以及溫室氣體議定書等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

眾所周知，森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫(kù)，約八成以上的地上碳儲(chǔ)量和四成的地下碳儲(chǔ)在森林生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)生，其碳匯功能成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，然而在實(shí)際操作過(guò)程中，人們對(duì)森林經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的碳足跡卻研究的比較少，大部分精力仍舊停留在制漿造紙產(chǎn)品的碳足跡上。作為一項(xiàng)森林經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)的碳排放在一定程度上對(duì)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生一定影響。

2 研究方法

2.1 木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)流程

具體來(lái)說(shuō)，木材生產(chǎn)包括采、集、運(yùn)、貯四個(gè)主要環(huán)節(jié)，從而完成從立木到原料木材的整個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程。其中，采伐、打枝、造材可以對(duì)木材的形態(tài)做出改變，集材、裝車、運(yùn)輸、卸車等工序能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)木材的位移。這些工序能夠有效連接成不同的生產(chǎn)流水線，從而形成不同的木材生產(chǎn)工藝類型。就目前而言，我國(guó)生產(chǎn)應(yīng)用最為普及的是原木工藝類型。

木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)主要包括三個(gè)流程，分別為輸入、處理、輸出環(huán)節(jié)，其中自然條件、森林狀況、市場(chǎng)情況成為木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)的重要影響因素。就目來(lái)說(shuō)，油鋸成為伐木、打枝、造材等各個(gè)環(huán)節(jié)中比較常見的設(shè)備；拖拉機(jī)、索道為主要的集材設(shè)備；絞盤機(jī)則用于裝車機(jī)械中；汽車為運(yùn)材設(shè)備；完成木材生產(chǎn)及銷售的場(chǎng)所則是木材物流集散中心或者貯木場(chǎng)。

2.2 計(jì)算方法

本研究以《林區(qū)木材生產(chǎn)能耗》（LY/T1444.1～1444.6-2005）為標(biāo)準(zhǔn)，在標(biāo)準(zhǔn)工序下，對(duì)木材生產(chǎn)的綜合能耗量予以計(jì)算。

（1）油鋸燃料消耗量。在整個(gè)伐木工作中，油鋸生產(chǎn)單位木材消耗的燃料量與森林的海拔高度、樹木品種、林場(chǎng)氣溫、林場(chǎng)等級(jí)、木材病腐率、木材積和每hm2出材量等有著密切的關(guān)系。其中，氣溫以及針葉樹的比例越低，林場(chǎng)等級(jí)、海拔、木材病腐率越高，其相關(guān)的能源消耗就會(huì)越高。具體來(lái)說(shuō)，油鋸伐木的燃料消耗量（kg/m3）的計(jì)算公式為：

在公式中，油鋸伐木的基本燃料消耗量（kg/m3）用qa1表示，氣溫的修正系數(shù)用Kt1表示，海拔的修正系數(shù)用Kh1表示，林場(chǎng)等級(jí)的修正系數(shù)用Kl1表示，樹種的修正系數(shù)用Ka1表示，木材病腐率的修正系數(shù)用Kb1表示。

（2）集材燃料的消耗量。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中僅僅列出了索道在進(jìn)行原木集材過(guò)程中的燃料消耗及拖拉機(jī)進(jìn)行原條過(guò)程中的能源消耗，其與海拔、氣溫、坡度、距離以及林場(chǎng)等級(jí)有著密切的聯(lián)系，其中，集材距離及坡度越大，能耗也就相對(duì)越高。具體來(lái)說(shuō)，拖拉機(jī)的集材燃料消耗量（kg/m3）計(jì)算公式為：

而索道的有關(guān)集材燃料消耗量（kg/m3）的計(jì)算公式為：

在公式中，拖拉機(jī)關(guān)于集材的基本燃料消耗量（kg/m3）用qa2表示，索道的集材基本燃料消量（kg/m3）用qa3表示，氣溫的修正系數(shù)用Kt2表示，海拔的修正系數(shù)用Kh2表示，拖拉機(jī)集材坡度的修正系數(shù)用Kp2表示，索道集材坡度的修正系數(shù)用Kp3表示，林場(chǎng)等級(jí)的修正系數(shù)用Kl2表示，拖拉機(jī)集材距離的修正系數(shù)用Kj2表示，索道集材距離的修正系數(shù)用Kj3表示。

（3）絞盤機(jī)裝車設(shè)備的燃料消耗量。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)2105柴油絞盤機(jī)裝車燃料消耗量進(jìn)行了規(guī)定，絞盤機(jī)裝車燃料消耗量（kg/m3）計(jì)算公式為：

在公式中：絞盤機(jī)裝車基本燃料消耗量（kg/m3）用qa4表示，氣溫修正系數(shù)用Kt4表示，海拔高度修正系數(shù)用Kh4表示。

（4）汽車運(yùn)材燃料消耗量。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)EQ140汽車及柴油車燃料消耗量進(jìn)行了規(guī)定。單位運(yùn)距的汽車運(yùn)材燃料消耗量與海拔、氣溫、道路等級(jí)有著密切聯(lián)系。汽車運(yùn)材燃料消耗量［kg/（m3·km）］計(jì)算公式為：

在公式中：汽車運(yùn)材基本燃料消耗量［kg/（m3·km）］用qa5表示，氣溫修正系數(shù)用Kt5表示，海拔高度修正系數(shù)用Kh5表示，道路等級(jí)修正系數(shù)用Kr5表示。

（5）貯木場(chǎng)生產(chǎn)能源消耗量。其能源消耗量（以標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)）（kg/m3）的計(jì)算公式為：

在公式中：貯木場(chǎng)生產(chǎn)總能耗量（以標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)，kg）用Wa6表示，貯木場(chǎng)生產(chǎn)總產(chǎn)量（以標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)，m3）用Ma6表示。

3 結(jié)果與分析

3.1 數(shù)據(jù)的選取

將福建閩南地區(qū)的木材生產(chǎn)作為研究的主要對(duì)象，參考《林區(qū)木材生產(chǎn)能耗》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的木材生產(chǎn)過(guò)程中的基本燃料消耗量（表1），并將木材生產(chǎn)作業(yè)分為八種作業(yè)方式（表2），假設(shè)各作業(yè)方式所確定的燃料消耗量均為最高限額。

表1 基本燃料消耗量

表2 木材生產(chǎn)作業(yè)模式

3.2 在基本條件下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析

依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的基本燃料消耗量和基本條件，對(duì)木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)碳排放進(jìn)行計(jì)算。因標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有對(duì)運(yùn)材距離予以規(guī)定，假設(shè)運(yùn)材距離為40km。當(dāng)木材生產(chǎn)作業(yè)在基本條件下進(jìn)行時(shí)，則認(rèn)為采集運(yùn)過(guò)程的燃料消耗與基本燃料消耗量基本一致。計(jì)算結(jié)果詳見表3。

表3 直接溫室氣體排放量

將表3中的計(jì)算結(jié)果依據(jù)八種作業(yè)方式予以計(jì)算，可以得到如圖1所示的總碳排放量。具體來(lái)說(shuō)，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：①各作業(yè)模式的總排放介于9.4050～12.3488kg/m3；②運(yùn)材段產(chǎn)生的碳排放在各作業(yè)模式中均為最多，且在模式Ⅲ中占據(jù)的比例最小，在模式Ⅵ中占據(jù)的比例最大；③拖拉機(jī)集材碳排放在模式Ⅰ中占據(jù)的比例最小，在模式Ⅳ中占據(jù)的比例最大；④索道集材的碳排放在模式Ⅴ中占據(jù)的比例最小，模式Ⅶ中占據(jù)的比例最大；⑤貯木場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中，水運(yùn)到材形成的碳排放要比汽運(yùn)到材少，而油鋸伐木產(chǎn)生的碳排放占據(jù)的比例最小為3.2%，最大為4.2%，絞盤機(jī)裝車所產(chǎn)生的碳排放最少，在模式Ⅰ，Ⅱ，Ⅴ占據(jù)的比例最小，在模式Ⅷ中占據(jù)的比例最大。由圖1可以看出，作業(yè)模式Ⅷ產(chǎn)生的碳排放最少，也就是最優(yōu)的作業(yè)模式。所以，為實(shí)現(xiàn)木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)的節(jié)能減排，必須將運(yùn)材段作為重點(diǎn)來(lái)抓。

圖1 各作業(yè)模式總碳排放

3.3 在平均修正系數(shù)條件下對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析

因機(jī)械作業(yè)時(shí)的燃料消耗受海拔高度、氣溫、坡度等因素的影響，所以要引入修正系數(shù)，該系數(shù)指的是實(shí)際操作條件與基本條件下的燃料消耗量的比值。以我國(guó)南方地區(qū)為例，并取各修正系數(shù)得平均值，見表3，然后將平均修正系數(shù)代入式（1）～（5），可以實(shí)現(xiàn)對(duì)平均條件下木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)溫室氣體排放量的計(jì)算，見表4。

表4 平均條件下燃料消耗的修正系數(shù)

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，生態(tài)承載能力已經(jīng)成為目前制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最嚴(yán)重的問(wèn)題之一。而對(duì)采集運(yùn)設(shè)備進(jìn)行合理選擇是木材生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要方式。具體來(lái)說(shuō)，燃料消耗是采運(yùn)過(guò)程的碳排放主要來(lái)源，想要明顯降低其在生命周期的碳排放，在實(shí)際操作過(guò)程中需要做到以下幾個(gè)方面：①根據(jù)林木條件和外部條件對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行選擇，在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，提高生產(chǎn)效率；②在設(shè)備安排上應(yīng)對(duì)采造設(shè)備予以重點(diǎn)關(guān)注，使集運(yùn)材設(shè)備的生產(chǎn)力與其保持基本一致的狀態(tài)，否則極易導(dǎo)致后期集材設(shè)備需求激增等情況的出現(xiàn)。就目前而言，福建省大部分林區(qū)采用的YJ-4型號(hào)油鋸，其燃料消耗量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)美國(guó)、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家使用的油鋸，所以應(yīng)及時(shí)對(duì)采伐設(shè)備進(jìn)行更新?lián)Q代，有效實(shí)現(xiàn)降低油耗的目的。同時(shí)，在集運(yùn)材段應(yīng)考慮對(duì)木材運(yùn)輸過(guò)程進(jìn)行如何優(yōu)化，并盡可能使用新型低碳能源，從源頭上減少碳排放。

[1]周媛，鄭麗鳳，周新年，巫志龍，周成軍，李 丹.基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的木材生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)碳排放[J].北華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014（12）：89～91.

[2]劉美霞，武 振，王潔凝，劉洪娥，王廣明，彭 雄.住宅產(chǎn)業(yè)化裝配式建造方式節(jié)能效益與碳排放評(píng)價(jià)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2015（12）：67～69.

[3]周媛，李丹，巫志龍，周成軍，鄭麗鳳.森林采運(yùn)作業(yè)過(guò)程碳排放分析[J].森林工程，2014（03）：90～91.

X322

A

1005-7897（2016）08-0047-03

2016-4-14