建筑垃圾資源化利用的碳減排潛力分析

邱巨龍，丁杉

（江蘇省工程咨詢中心有限公司，江蘇 南京 210003）

0 引言

“2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和”既是我國對國際社會的承諾，也是國內構建綠色循環發展體系的內在要求。隨著我國工業化和城鎮化進程不斷加深，建筑業在完成基礎建設任務的同時，還消耗了大量資源和能源，并且產生大量廢棄物，給環境帶來了沉重負擔。據統計，2018年全國建筑全過程碳排放總量約為49.3億噸CO2，占全國碳排放的比重為51.3%[1]。可見，建筑過程中的碳排放量逐漸成為影響我國碳排放量的關鍵因素，如何減少建筑的碳排放量成為備受關注的熱點問題。按照全生命周期（LCA）評價理論，建筑生命周期可分為建材生產、建材運輸、建筑施工、建筑運行、建筑拆除、廢棄物處置等六個階段[2]。盡管有較多學者研究了建筑過程的碳排放量，如滿傳軍等[3]在校園建筑碳排放評估及控制研究中，分別考慮了施工和材料的碳排放，施工碳排放包括用電、用水和材料運輸，材料碳排放包括鋼筋、水泥、砂石等建筑材料；蔡向榮等[4]在分析住宅建筑的碳排放時，則將施工能耗分為建筑材料的運輸能耗和建筑施工過程中的能耗。但是，目前的研究多集中于建筑生命周期的前四個階段，對于建筑拆除和廢棄物處置階段的碳排放研究較少。

事實上，伴隨建筑活動產生的建筑垃圾廢棄物已經占城市廢棄物的40%，且呈現快速增長的趨勢[5]。目前，建筑垃圾主要產生于建筑施工活動和房屋裝修等，其中建筑施工活動產生的建筑垃圾量占比約為30%，建筑垃圾產生率約為550噸/萬平方米建筑施工面積。據此測算，我國2020年我國建筑垃圾的產量已達到28億噸。然而對于建筑垃圾的管理還不夠完善，建筑垃圾總體資源化利用率約為10%，較歐、美、日、韓等國家相比差距較大[6]。對于加快建筑垃圾綜合利用產業的發展進程，高青松等[7]提出要實施建筑垃圾拆解、分類、收運、加工一體化作業流程，以及制定合理的再生產品標準等舉措。有學者[8-9]介紹了建筑垃圾的回收利用技術和主要再生產品，如環保型磚、再生骨料、再生混凝 土等。

建筑垃圾的資源化利用具有較好的降碳潛力，蘇永波[11]提出了基于直覺模糊層次分析法的建筑垃圾資源化利用評估模型，認為在建筑現場進行垃圾破碎后再集中外運，并結合再生砌塊和回填路基模式的資源利用效果最優。范永法等[10]認為建筑垃圾回收利用的碳減排量可采用被再生骨料代替的砂、碎石在生產和運輸過程中產生的碳排放量作為使用了再生骨料后的碳減排量來考慮。陳莎等[2]對廢棄物處置階段設置不同情景，分析了廢棄物回收再利用的比例越大，碳減排的效益越好。但是現有的研究多以定性分析或情景假設為主，對于建筑垃圾綜合利用能夠產生的減排降碳潛力仍然缺少較為系統的計算方法和量化指標，在估算建筑垃圾綜合利用項目的具體效益時造成較大的困擾。

本文以清潔發展機制（CDM）中方法學為基本邏輯，結合我國建筑垃圾綜合利用現狀，從再生產品替代的角度對比分析項目實施的二氧化碳減排量，為進一步研發回收利用技術、提高回收利用效率，估算建筑垃圾綜合利用項目效益提供參考。考慮數據的可獲得性，本文僅考慮項目實施帶來的二氧化碳減排潛力，未考慮因減少填埋等帶來的甲烷等其他溫室氣體減排量，符合CDM方法學規則以及我國自愿減排實際情況。

1 碳排放源與核算方法

1.1 碳排放源分析

我國建筑垃圾資源化利用的主要途徑包括：一是將廢鋼筋、廢鐵、廢鋁等金屬廢料及其配件，經過拆解、分類處置后重新加工制成不同規格的金屬建材；二是將廢竹木材進行粉碎再加工制成人造板材及相關木制品；三是將混凝土、磚石等建筑廢料經破碎、篩分后形成再生骨料，進而可以替代天然骨料制成不同的再生建材產品。以江蘇某建筑垃圾資源化利用企業為例，其建筑垃圾資源化利用主要步驟如下：

上述步驟中包括拆遷、運輸、處置和再生利用四個環節，各環節涉及的排放源如表1所示。

表1 主要排放源

按照表1所示的排放環節和排放源，在建筑垃圾資源化利用過程產生的二氧化碳可采用以下公式計算：

式中，PEy表示第y年該項目總的二氧化碳排放量；PE處理，y表示第y年建筑垃圾處理過程中排放量（tCO2）；PE再生，y表示第y年建筑垃圾再生利用過程中排放量（tCO2）。

1.2 碳排放計算方法

建筑垃圾處理和再生過程中可能涉及到二氧化碳排放的主要有車輛運輸、電鉆施工、產品生產時消耗的柴油和電力，以及消耗的非再生材料，如水泥及添加劑、天然砂。參考《工業其他行業企業溫室氣體排放核算方法與報告指南》，碳排放量包括化石燃料燃燒產生的二氧化碳排放、凈購入電力消費隱含的二氧化碳排放和原材料使用隱含的二氧化碳排放，計算公式如下：

式中，EGHG表示項目總的二氧化碳排放量（tCO2）；E燃燒表示化石燃料燃燒的排放量（tCO2）；i表示化石燃料種類；ADi表示第i種化石燃料的活動數據（GJ）；CCi表示第i種化石燃料的單位熱值含碳量（tC/GJ）；OFi表示第i種化石燃料的碳氧化率，以%表示，取值為0-1；44/12表示二氧化碳與碳的相對分子質量之比；E凈電表示凈購入電力消費產生的排放量（tCO2）；AD電表示購入使用電量（MWh）；EF電表示電網排放因子（tCO2/MWh）；E原料表示購入使用原料產生的排放量（tCO2）；AD原料表示購入使用原料（t）；EF原料表示原料排放因子（tCO2/t）。

2 數據來源及計算結果

2.1 數據來源

通過調研，獲取江蘇省某建筑垃圾綜合利用企業實際運營數據。該企業2020年共處置建筑垃圾140.8萬噸，具體情況如表2所示。在拆遷環節，共拆建垃圾134.1萬噸、裝修垃圾6.7萬噸，產生廢鐵6.7萬噸、廢木13.4萬噸。在處置環節，產生廢鐵0.1萬噸、廢木0.2萬噸，以及若干內用和外銷的砼骨料、磚骨料和機制砂。在再生利用環節，外購水泥及添加劑9.35萬噸，外購天然砂4.95萬噸，產生磚、砂漿、混凝土、水穩等再生產品72.5萬噸。整個拆遷、運輸、處置和再生環節共消耗電力727萬kWh、柴油151.6萬升。

2.2 計算結果

由式（2）可知，該企業需要計算碳排放量的為柴油和電力消耗，以及外購水泥和天然砂原料，將這四部分的消耗量代入式（3）-（5）即可得到相應的碳排放量，具體計算過程如表3所示。其中柴油按照密度0.84 kg/L換算得到用量為1273.7萬噸。通過計算，當建筑垃圾綜合利用示范項目運營以后，通過回收利用建筑垃圾產生表2中所示的砼骨料、磚、砂漿、混凝土等材料的情況下，產生的二氧化碳排放總量為77835噸，其中柴油消耗碳排放為4006噸，電力消耗排放為4965噸，原材料使用隱含的碳排放量為68864噸。

表3 項目碳排放數據計算表

2.3 碳減排量

為定量分析該企業建筑垃圾資源化利用項目產生的二氧化碳減排量，本文采用有無對比分析法，計算了無項目情景下采用傳統工藝生產表2中所示的砼骨料、磚、混凝土、廢鋼鐵、砂漿等產品產生的直接二氧化碳排放。計算公式如下：

表2 江蘇某公司2020年建筑垃圾綜合生產情況

式中：Qi表示再生產品（回收利用物資）年產量（噸）；EFi表示傳統工藝生產再生產品（回收利用物資）的二氧化碳排放因子（tCO2/t產品）。具體計算過程如表4所示，通過計算，無建筑垃圾資源化利用情景下生產等量再生產品所產生的碳排放量為28.96萬噸。

表4 基準情景碳排放數據計算表

二氧化碳減排量按照如下公式計算：

式中：ERy表示第y年的項目減排量（tCO2）；BEy表示第y年的無項目情景排放量（tCO2）；PEy表示項目情景下第y年的項目排放量（tCO2）；LEy表示第y年項目泄露（tCO2）。

根據上文情景分析，無項目情景下碳排放總量為28.96萬噸，項目情景碳排放量為7.78萬噸，本項目無泄露排放。因此，該企業建筑垃圾資源化利用項目實施后的二氧化碳減排量約為21.18萬噸，該項目共處置了140.8萬噸建筑垃圾，則平均每綜合1噸建筑垃圾帶來的二氧化碳減排量約為0.15噸。

3 碳減排潛力分析

江蘇是全國建筑業第一大省，2020年建筑施工面積達26.74億平方米，占全國總量的13.4%，“十三五”期間，建筑施工面積累計增長24%，年均增速4.4%。按照每10000平方米建筑施工面積平均產生550噸建筑垃圾估算[14]，江蘇省2020年建筑施工產生的垃圾約為1.47億噸，按建筑施工產生的垃圾占建筑總垃圾量的29.52%左右估算，江蘇省2020年建筑垃圾產業約為5億噸，若全部資源化再利用可減少二氧化碳排放0.75億噸，約占全省碳排放總量的9.7%。

未來10年，江蘇省將推動綠色建筑高質量發展，杜絕大拆大建，深入實施城市微更新和建筑垃圾減量化，建筑施工面積將呈現年均3%低速增長，建筑施工產生的建筑垃圾占比及單位施工面積垃圾產生量將不斷下降。初步預測，到2030年江蘇省建筑垃圾產生量將達到6.8億噸。若江蘇省建筑垃圾80%實現資源化利用，按照類比分析法，可減少二氧化碳排放0.82億噸，約占全省碳排放總量的10%左右。

4 結論與建議

4.1 結論

（1）建筑垃圾資源利用的潛力巨大，一方面可以從中直接分揀可回收利用的金屬材料和木材，另一方面將廢磚石、水泥混凝土通過粉碎、篩分后形成再生骨料，進而形成再生建材產品，用于道路基層。對于減少污染排放，提高資源回收利用效率有顯著 效果。

（2）采用建筑垃圾資源利用和傳統工藝生產同樣數量的建筑產品時，資源利用方案可以有效減少二氧化碳排放，每綜合利用1噸建筑垃圾可以減少的碳排放量為0.15噸，對于我國盡早實現“碳達峰碳中和”有積極作用。

（3）本文提供的建筑垃圾資源利用的碳減排估算方法可以為估算其他大宗固廢資源綜合利用的減排潛力提供重要的參考價值，有助于提高資源循環利用效率，加快形成綠色低碳循環發展經濟體系。

4.2 建議

實現建筑垃圾“減量化、無害化、資源化、產業化”，是實現“碳達峰碳中和”目標的重要一環。建議：

（1）完善建筑垃圾監管機制。實施備案管理，加強源頭管控，嚴格控制建筑垃圾的產生和流向，實現建筑垃圾拆解、收運、處理和再利用等流程閉環管理。

（2）健全建筑垃圾資源化利用的法律政策體系，建立有效的獎懲制度，嚴厲打擊建筑垃圾拆解、收運、處理環節的違法行為。

（3）暢通建筑垃圾再生產品的利用渠道，將再生建筑材料納入綠色建材目錄和政府采購目錄，鼓勵政府、國有企業優先采購，促進再生產品規模化使用。