工業生產過程碳排放核算方法研究

□ 黃 煒 王逸倫 肖相澤 酈依灑 魏丹青 蔣曉雁 嚴佳輝

雙碳國家戰略對工業生產過程碳排放統計核算提出了新的要求。2021 年印發的《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的實施意見》《2030 年前碳達峰行動方案》，明確提出支持行業、企業依據自身特點開展碳排放核算方法學研究，建立健全碳排放計量體系。根據國家部署，浙江也出臺了《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的實施意見》，明確提出要根據全國統一規范的碳排放統計核算體系要求，構建省級碳排放統計核算體系。按國家要求，碳達峰口徑為全部領域二氧化碳排放，除已核算的能源活動領域外，主要即為工業生產過程。浙江工業生產過程碳排放的體量相對較大，年度碳排放在5000 萬噸左右（2019 年數），以石化、鋼鐵和水泥行業碳排放為主。要實現全省的碳達峰，必須對這部分的碳排放施加調控，確保碳排放總量如期高質量達到峰值。

| 國內外工業生產過程碳排放核算方法綜述

（一）相關文獻評述

從學術研究上看，當前專門針對工業生產過程碳排放統計核算的研究尚較少，主要聚焦在行業、部門和區域上。在行業上，龐凌云等（2022）[1]、Kong Lingbo（2017）[2]、顧佰和等（2013）[3]在研究石化、造紙、化工行業碳減排問題時，分別建立了以重點產品碳排放強度為基礎的核算方法、基于產品視角的核算方法，其原理都是首先確定單位產品質量或產值的碳排放。在部門上，Li Xiaoyan 等（2020）[4]、劉俊伶等（2019）[5]、周迪等（2019）[6]在研究中國35 個工業行業碳減排問題時，采用IPCC 推薦的方法，即采用固碳率簡單估算，王勇等（2017）[7]、Wesseling J 等（2017）[8]、陳詩一（2009）[9]則只測算了能源活動領域的碳排放。在區域上，Jiang Jingjing 等（2019）[10]對涉及中國和印度的碳排放估算及預測進行評述，其中絕大多數都未專門涉及工業生產過程碳排放的核算。

（二）實踐進展評述

從實踐進展看，目前區域溫室氣體排放清單已將鋼鐵、水泥等行業納入核算，建立了主要基于產品產量的核算方法，相關排放因子也有一定數據基礎，但石化企業僅能遵循《中國石油化工企業溫室氣體排放核算方法與報告指南（試行）》開展企業級核算。

1.石化行業。區域級算法：目前IPCC 和《浙江省溫室氣體清單編制指南（2022 年修訂版）》均未引入石化行業區域級算法。企業級算法：在企業層面石化行業的工業生產過程碳排放目前主要在企業碳排放報告中披露，主要分為兩類4 項排放源，其中催化裂化裝置，催化重整裝置等主要根據燒焦量核算，而制氫裝置，乙烯裂解裝置，乙二醇/環氧乙烷生產裝置等，則主要依據碳質量平衡法核算。兩類都需要大量的工廠級數據，難以直接引申為區域算法。

2.鋼鐵行業。區域級算法：根據《浙江省溫室氣體清單編制指南（2022 年修訂版）》，鋼鐵生產過程碳排放=作為溶劑的石灰石數量×作為溶劑的石灰石碳排放因子+作為溶劑的白云石數量×作為溶劑的白云石排放因子+（煉鋼用生鐵數量×煉鋼用生鐵平均含碳率-煉鋼的鋼材產量×鋼材產品的平均含碳率）×44/12。企業級算法：在企業碳排放報告中披露，主要分為溶劑消耗造成的排放、電爐內電極消耗的排放、生鐵等含碳原材料的排放三方面。其計算方法為：鋼鐵生產過程碳排放=溶劑消耗造成的排放+電極消耗的排放+含碳原材料的排放。

3.水泥行業。區域級算法：根據《浙江省溫室氣體清單編制指南（2022 年修訂版）》，水泥生產過程碳排放=扣除電石渣的水泥熟料產量×水泥生產過程平均排放因子。企業級算法：在企業碳排放報告中披露，主要分為原料分解產生的排放與生料中非燃料碳煅燒產生的排放兩方面。其中，生料中非燃料碳煅燒產生的排放量極小，通常不予考慮。原料分解產生的排放=熟料對應的CO2排放量=（熟料產量+窯爐排氣筒粉塵+旁路放風粉塵）×[（熟料中氧化鈣含量-熟料中非碳酸鹽來源的氧化鈣含量）×44/56+（熟料中氧化鎂含量-熟料中非碳酸鹽來源的氧化鎂含量）×44/40]

4.綜合評述。通過對比三大行業區域級算法和企業級算法不難發現，在同一個行業內，無論哪種算法采用的活動水平數據標的基本是一致的，要么以投入的原材料量作為活動水平數據的標的，要么以工業生產過程的階段性產物作為活動水平數據的標的。鋼鐵行業可以采用要素質量法以投入要素的消耗量核算工業生產過程的溶劑、電極和含碳原材料消耗的碳排放；水泥行業則可以采用產品質量法，根據其工業生產過程的階段性產物核算其工業生產的排放量。而石化行業存在其一定的行業特殊性，該行業缺乏區域層面的算法，無法通過對照進行歸納整理；且石化行業生產過程中催化裂化、催化重整等裝置是以生產設施作為邊界開展生產，因此考慮以裝置處理量法核算石化行業的催化裂化、催化重整裝置的工業生產過程排放，制氫裝置和乙二醇/環氧乙烷裝置由于工藝流程脈絡相對較為清晰和完整，考慮分別采用要素質量法和產品質量法進行核算。

| 工業生產過程碳排放核算設計

（一）總體思路

聚焦核算方法明確統一、核算參數本地化、核算過程規范簡潔三個目標，對石化、鋼鐵、水泥等行業典型企業開展實地調研，對各排放源逐一解構對應分類至投入類、過程類、產出類三類排放源，分別建立要素質量法、裝置處理量法、產品質量法三條技術路徑，并基于省內其他企業開展試算驗證，形成浙江省工業生產過程碳排放統計核算方法學體系，助力建立合理、可行的工業生產過程碳排放統計核算體系，并提出推進工業行業碳減排的政策建議。

（二）浙江工業生產過程碳排放特征

1.工業生產過程碳排放的總體特征。2019 年浙江工業生產過程的二氧化碳排放總量5000萬噸左右，根據浙江工業生產過程溫室氣體排放清單及碳報告口徑估算，浙江的工業生產過程碳排放主要發生在水泥、石化、鋼鐵三個行業，占比分別為60%以上、30%左右和10%不到。

2.工業生產過程碳排放的行業特征。

（1）石化行業。排放源類型：大榭石化、中海石油舟山公司主要涉及催化裂化裝置、催化重整裝置、制氫裝置；鎮海煉化主要涉及催化裂化裝置、催化重整裝置、制氫裝置、催化汽油脫硫裝置、乙烯裂解裝置、乙二醇/環氧乙烷生產裝置；浙石化主要涉及制氫裝置、乙二醇/環氧乙烷生產裝置。排放源占比結構：四家企業工業生產過程主要排放源包括催化裂化裝置在內的8 種生產裝置，其中催化裂化、催化重整、制氫、乙二醇/環氧乙烷生產是主要的排放源，這四類排放源產生的碳排放分別占企業工業生產過程碳排放的99.9%、99.9%、100%和100%。

（2）鋼鐵行業。排放源類型為浙江涉及鋼鐵聯合生產的一般為使用電爐煉鋼的小型煉鋼企業，此類企業一般涉及的工業生產過程排放源為白云石、石灰石等溶劑消耗產生的排放以及電極等還原劑使用產生的排放，還有企業使用生鐵等含碳原材料煉鋼產生的排放。排放源占比結構：鋼鐵行業工業生產過程中一般占比較高的為白云石、石灰石等溶劑高溫分解產生的碳排放占比為40%左右，使用生鐵等含碳原材料排放占比為40%左右，使用電極等還原劑造成碳排放占比在20%左右。

（3）水泥行業。排放源類型為所有涉及熟料生產的水泥企業工業生產過程主要排放源均為生料中的碳酸鹽。排放源占比結構：水泥行業工業生產過程主要排放源為原料分解產生的排放，占比在99%以上；生料中非燃料碳煅燒過程產生的排放占比在工業生產過程排放中占比不足1%，因此在計算工業生產過程的排放中可以暫不考慮此部分。

（三）工業生產過程碳排放統計核算方法

1.基本原則。一是具有簡便性和速算性，無需或盡量減少針對企業開展調研或從其他主管部門獲取必要的計算數據。二是活動水平數據具有明確來源且可追溯。三是排放因子數據具有本地性且可在全省范圍推廣使用，浙江相同或相近工藝的企業使用時不產生明顯偏移。

2.核算方法。對于投入型碳排放，考慮采用要素質量法。由于這類排放源和投入要素的質量直接相關，因此主要關注如何選取合適的投入要素，這些要素首先需要與排放過程的活動規模直接相關，其次要素的質量納入統計體系中，相關的能源消耗是一類較為理想的指標。

對于過程型碳排放，考慮采用裝置處理量法。這類排放源主要是石化行業的催化裂化裝置、催化重整裝置等。在相關的生產過程中，原料投入種類繁多，成分復雜，且其成分結構各家企業根據生產情況不盡相同，因此較難以一種或幾種原材料或者是產出產品作為其活動水平數據。后經調研浙江石化企業發現，企業在實際生產過程中均會統計催化裂化、催化重整裝置的裝置處理量數據，該數據與原材料的投入量、裝置產出量存在較強的線性關系，又是溫室氣體核復查補充數據表的關鍵指標之一，具有可追溯、可校驗的特性。

對于產出型碳排放，考慮采用產品質量法。由于這類排放源和產品產出的質量直接相關，因此主要關注如何選取合適的產出產品，這些要素首先需要與排放過程的活動規模直接相關，其次產品的質量納入統計體系中，企業的主要工業產品產量統計范疇內的產品是一類較為理想的指標。

具體的核算方法如下：

式（1）中，Eco2為二氧化碳排放總量，單位為噸；i在要素質量法中為每個單獨的投入的原材料種類；在裝置處理量法中為每個單獨的裝置；在產品質量法中為每個單獨的投入的原材料種類；ADi在要素質量法中，為投入的原材料量，在裝置處理量法中為工業生產過程的裝置處理量；在產品質量法中，為單個產品的產量。單位均為噸；EFi為每個方法對應的排放因子，單位為噸二氧化碳/噸。

（四）排放因子的確定及優化

1.石化行業核算排放因子。

（1）催化裂化、催化重整裝置的排放因子確定方式。對于催化裂化和催化重整生產過程，其活動水平數據主要為裝置處理量，通過分析中國石油化工股份有限公司鎮海煉化分公司、中海石油寧波大榭石化有限公司和中海石油舟山公司2016 年至2021 年裝置處理量與碳排放量的數據分析其內在邏輯聯系，可知裝置處理量與碳排放量呈線性關系。通過計算得出，催化裂化裝置排放因子為0.24tCO2/t，催化重整裝置排放因子為0.001tCO2/t。

（2）制氫裝置的排放因子確定方式。對于制氫的生產過程，其活動水平數據主要為原料煤的投入量，通過分析中國石油化工股份有限公司鎮海煉化分公司和浙江石油化工有限公司原料煤投入量與碳排放量的數據分析其內在邏輯聯系，可知原料煤投入量與碳排放量呈線性關系。通過計算得出，制氫裝置排放因子為3.49tCO2/t。

（3）乙二醇/環氧乙烷的排放因子確定方式。對于環氧乙烷生產過程，其活動水平數據主要為環氧乙烷的產量，通過分析中國石油化工股份有限公司鎮海煉化分公司和浙江石油化工有限公司環氧乙烷產量與碳排放量的數據分析其內在邏輯聯系，可知環氧乙烷的產量與碳排放量呈線性關系。通過計算得出，乙二醇/環氧乙烷裝置排放因子為0.26tCO2/t。

2.水泥行業核算排放因子。對于水泥熟料生產過程，以生產的熟料質量為活動水平，通過分析浙江63家熟料生產企業的熟料產量與碳排放量的數據分析其內在邏輯聯系，可知熟料的產量與碳排放量呈線性關系。通過計算得出，熟料排放因子為0.53tCO2/t。

3.鋼鐵行業核算排放因子。鋼鐵行業工業生產過程企業級算法中，碳排放量和活動水平呈線性關系，且相應的活動水平數值獲取方式較為簡單，符合統計框架體系，因此考慮直接應用企業級算法的排放因子：溶劑高溫分解產生碳排放，以投入的溶劑白云石、石灰石質量為活動水平，白云石排放因子為0.47tCO2/t，石灰石排放因子為0.44 tCO2/t，煉鋼降碳造成逃逸碳排放，以投入的生鐵質量為活動水平，生鐵排放因子0.17 tCO2/t。使用電極造成碳排放，以投入的電極質量為活動水平，電極排放因子為3.66tCO2/t。

| 展望和建議

（一）測算方法的展望

本文分別以要素質量法、裝置處理量法、產品質量法三條技術路徑來測算浙江石化、鋼鐵和水泥行業工業生產過程碳排放，其中石化行業的裝置處理量法是基于浙江石化企業的排放特性及工藝特點創新研究所得，在日后的研究中，還需要從以下方面深入研究：

1.對于鋼鐵行業，目前省內以電爐煉鋼、鋼壓延加工及鋼鐵聯合生產為主的企業，考慮浙江實際和生產工藝的穩定性，考慮進一步深化粗鋼產量與碳排放量之間的正相關性研究，探索采用產品質量法測算鋼鐵行業工業生產過程排放的路徑和可行性。

2.對于石化行業，目前涉及浙江石化企業主要的是催化裂化、催化重整、環氧乙烷/乙二醇生產、煤制氫4 個生產裝置，考慮到全省綠色發展轉型的需求，以及國家對煤制氫生產裝置的限制，以后考慮將油制氫、液態烴制氫等其他制氫裝置的生產過程排放核算方法納入。同時對于本文創新的催化裂化和催化重整的裝置處理量法，進一步探索采用省外相關企業數據驗證核算體系，對排放因子進一步優化。

3.對于其他行業，考慮日后進一步擴大研究范圍，將浙江涉及的脫硫、合成氨生產、純堿生產、石灰生產等工業生產過程排放納入。

（二）政策啟示及建議

1.推進企業產品升級、管理優化。依據本文之前章節的研究可知，工業生產過程排放主要由原料投入、設備處理及產品產出三個方面引起，對于企業層面來說一是積極尋求綠色原料替代，在技術可行的情況下使用綠色原料替代碳排放強度較高的生產原材料；二是強化設備管理，提升設備處理效率，避免設備因維護不到位、管理不到位等原因造成裝置處理能力下降導致的碳排放上升；三是積極尋求產品替代升級，對接產業鏈下游，合力開展產品替代研究，探索以更綠色、更經濟的產品替代現有碳排放強度較高的產品。

2.推進生產設備、工藝改造創新。對于投入型的工業生產過程碳排放來說，以煤制氫為例，應探索在一定經濟條件下，大規模使用油制氫、液態烴制氫等生產工藝，油制氫的工業生產過程排放較煤制氫要低10%左右。對于過程型的工業生產過程碳排放來說，以催化裂化、催化重整裝置為例，主要取決于其裝置處理量，應提高系統運行效率和電源開發綜合效益。鼓勵應用短流程、反應過程強化、催化裂化余熱發生超高壓蒸汽技術等低碳生產工藝，加強甲烷與揮發性有機物（VOCs）協同管控；對于產出型的工業生產過程碳排放來說，以環氧乙烷/乙二醇裝置為例，由于其工業生產過程碳排放主要由產量決定，企業應積極開展產品生產工藝的改進研究和創新，通過改進生產工藝的方式降低產品生產過程排放。

3.加強支持與保障。從主管部門的角度看，工業生產過程排放并非由消費側結構性引發，因此無法通過調整能源結構或者產業結構等較為直接的方式降低工業生產過程碳排放，應從政策角度引導相關行業企業自發開展原材料、生產設備、工藝流程的改進與創新，主管部門主要做好引導與監管的工作：一是摸清家底，開展工業生產過程排放統計核算，探索加強碳排放管理；二是加強監管，對本區域新上的工業生產過程碳排放較高的項目采取必要的審批手段，敦促、引導既有的生產過程碳排放較高的企業開展綠色低碳升級改造；三是積極開展面向企業的節能降碳宣傳、指導，普及“間接排放”等碳排放知識，全面推行綠色制造，大力創建綠色工廠、綠色園區、綠色產品，實現綠色制造由點到面、逐步擴展、全面覆蓋。