淀粉加工企業(yè)溫室氣體排放核算標準與方法研究

關鍵詞：淀粉加工，溫室氣體，碳核算，碳減排

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2025.03.040

0 引言

為推動落實“碳達峰、碳中和”戰(zhàn)略，國家出臺了《2030年前碳達峰行動方案》《關于加快建立統(tǒng)一規(guī)范的碳排放統(tǒng)計核算體系實施方案》《甲烷排放控制行動方案》。根據(jù)統(tǒng)計，全球溫室氣體排放的1/4來源于食品行業(yè)，農副食品加工業(yè)廢水產生的甲烷（CH₄）排放量位居前列，做好食品產業(yè)的綠色轉型工作對于實現(xiàn)“雙碳”目標意義重大[1]。淀粉加工是農副食品加工業(yè)的一個重要領域，其中淀粉是一種高分子碳水化合物，是食品、化工、醫(yī)藥、造紙等行業(yè)的重要原料。在國家“雙碳”政策指引下，相關部門出臺了《中國淀粉工業(yè)碳達峰實施方案》，從能源利用效率、煤炭消費、新能源、綠色低碳技術、碳排放強度等提出明確目標。

淀粉加工具有原料種類多（玉米、馬鈴薯、甘薯、小麥等）、生產工藝復雜、衍生產品較多（變性淀粉、淀粉制品及淀粉糖等），以及能耗高、廢水排放量大、有機物濃度高且生物降解性好的特點[2–4]，導致溫室氣體（greenhouse gas，GHG）的排放源和氣體種類較多。如燃料燃燒（油、煤炭、天然氣、生物質、沼氣等）、脫硫脫硝（雙堿法、尿素）、廢水處理、電力（存在非化石電力）、熱力、藥劑物耗等，產生大量的CO₂、CH₄與N₂O排放[5-6]。其中，甲烷是全球第二大GHG，其排放造成了自工業(yè)革命以來約30%的全球變暖①，中國甲烷排放量中約12%來自廢棄物處理。在全球范圍內，約12%的人為CH₄排放和4%的人為N₂O排放來源于廢水處理過程②。

然而，目前對淀粉工業(yè)的溫室氣體排放核算的研究極少，現(xiàn)有的標準或指南難以涵蓋淀粉加工對應的溫室氣體排放核算方法。淀粉加工企業(yè)存在GHG排放核算的邊界和生產單元不統(tǒng)一，受生產工藝、廢水處理工藝等影響，尚未建立統(tǒng)一、精確的GHG排放核算和報告標準，無法對淀粉加工企業(yè)GHG排放開展科學評估，且操作使用不便，很難摸清該行業(yè)溫室氣體排放現(xiàn)狀，制約了國家和地方淀粉工業(yè)綠色低碳轉型策略的制定和實施，無法有效促進企業(yè)對溫室氣體（尤其是甲烷）監(jiān)測和減排的投資。因此，亟須對淀粉加工企業(yè)溫室氣體排放核算標準與方法進行分析研究，有利于提升淀粉加工企業(yè)自身溫室氣體核算能力，推動淀粉行業(yè)綠色低碳、節(jié)能減排，對實現(xiàn)碳達峰目標具有重要作用。

1 材料與方法

1.1 國內外標準現(xiàn)狀

1.1.1 國際GHG核算評價標準

碳標準作為碳治理的重要技術手段貫穿于全球氣候治理行動的始終。早在1995年IPCC發(fā)布了《國家溫室氣體清單指南》（后續(xù)進行了多次增補和修訂），內容涵蓋能源活動、工業(yè)生產過程、農業(yè)、土地利用變化和林業(yè)、廢棄物等領域的排放。1998年世界資源研究所（WRI）與世界企業(yè)委員會可持續(xù)發(fā)展聯(lián)盟（WBCSD）共同發(fā)布溫室氣體協(xié)議（GHG Protocol），首次提出了企業(yè)和項目層級GHG測算和報告標準[7]。2006年國際標準化組織（ISO）發(fā)布了GHG核算系列國際標準，如ISO 14040：2006、ISO 14064：2006，構成了生命周期評價的基本框架，此后也發(fā)布了ISO 14067產品碳足跡標準，進一步確立GHG排放的計量和報告方法[8]。

1.1.2 國內GHG核算評價標準

中國是全球氣候治理的行動者，也是政策制定者。為應對氣候變化提出了加快構建國家、地方、企業(yè)三級GHG排放核算工作體系，國家發(fā)展和改革委員會編寫了《省級溫室氣體清單編制指南（試行）》[9]，分多批發(fā)布了24個重點行業(yè)企業(yè)GHG排放核算方法與報告指南，如《食品、煙草及酒、飲料和精制茶企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南（試行）》。2015年，國家標準化管理委員會發(fā)布GB/ T32150—2015《工業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算和報告通則》及12項具體行業(yè)的標準（GB/T 32151.1～12），具有權威性和指導性[10]。除了針對性的行業(yè)企業(yè)以外，也發(fā)布了《工業(yè)其他行業(yè)企業(yè)溫室氣體核算方法與報告指南（試行）》[11]。2019年，IPCC通過了2019 Refinement to the 2006 IPCC Guidelines forNational Greenhouse Gas" Inventory（以下簡稱《2019清單指南》），為世界各國建立國家GHG清單和減排履約提供最新的方法和規(guī)則[12]。2022年，生態(tài)環(huán)境部印發(fā)《企業(yè)溫室氣體排放核算與報告指南 發(fā)電設施》，用于指導全國碳排放權交易市場發(fā)電行業(yè)2023年度及以后的碳排放核算與報告工作[13]。現(xiàn)如今《水泥熟料生產》《鋁冶煉》和《鋼鐵生產》三個行業(yè)的核算與報告指南進入意見征求階段。可以看出，國家層面不斷加強企業(yè)GHG排放管理，以幫助企業(yè)科學核算和規(guī)范報告自身的GHG排放量，更好地制定GHG排放控制計劃或碳排放權交易策略。

從地方來看，北京市出臺了《溫室氣體排放核算指南》系列標準[14]，如生活垃圾焚燒企業(yè)、設施農業(yè)企業(yè)、畜牧養(yǎng)殖企業(yè)等，其他省份此類核算標準較少[15]。同時為加快建立污水處理行業(yè)的低碳核算和評價標準體系，已出臺T/CAEPI 49—2022《污水處理廠低碳運行評價技術規(guī)范》團體標準[16]。綜上所述，在所有核算主體中，企業(yè)層面的GHG核算尤為重要。

1.2 標準分析

1.2.1 核算范圍分析

（1）《IPCC 國家溫室氣體清單指南》《省級溫室氣體清單編制指南（試行）》

以上兩個指南為區(qū)域層面GHG核算方法，規(guī)定的報告范圍包含能源活動（化石燃料燃燒、生物質燃燒、過程逃逸、電力調入調出等）、工業(yè)生產過程、農業(yè)、土地利用變化和林業(yè)、廢棄物處理（固體廢棄物處理、廢水處理），《2019清單指南》對各部分內容進行更新，并提供一些新方法，如工業(yè)廢水N₂O計算方法。

（2）《工業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算和報告通則》

該標準的發(fā)布為企業(yè)提供了GHG排放核算和報告的方法論和框架，給出了相關術語和定義，確定了核算和報告的基本原則、工作流程，明確了核算邊界：燃料燃燒排放，過程排放，購入的電力、熱力產生的排放，輸出的電力、熱力產生的排放等。未給出具體的方法學，不太適應特定行業(yè)的核算需求，無法指導企業(yè)系統(tǒng)、全面、準確地進行GHG排放的量化和管理。

（3）《工業(yè)其他行業(yè)企業(yè)溫室氣體核算方法與報告指南（試行）》

該指南于2015年發(fā)布，以最低一級的獨立法人企業(yè)或視同法人的獨立核算單位為邊界，從化石燃料燃燒CO₂排放、碳酸鹽使用過程CO₂排放、工業(yè)廢水厭氧處理CH₄排放、CH₄回收與銷毀量、CO₂回收利用量，以及企業(yè)凈購入的電力和熱力隱含的CO₂排放進行GHG核算，引入了相關的方法學。但未考慮N₂O和藥劑使用的排放，而《2019清單指南》中新增了工業(yè)廢水處理N₂O的計算方法[17]。其中甲烷考慮火炬銷毀，而現(xiàn)有的企業(yè)以沼氣回收的形式將甲烷充當燃料。

（4）T/CAEPI 49—2022《污水處理廠低碳運行評價技術規(guī)范》

該團體標準規(guī)范了污水處理廠碳排放強度核算與低碳運行水平評價，計算了CH₄、N₂O和化石燃料燃燒CO₂直接排放量和排放強度，未明確活動數(shù)據(jù)的獲取方式。其中，僅通過標準煤CO₂排放因子和燃料使用量計算化石燃料燃燒碳排放量，未考慮煤、油、氣等碳排放因子的差異，電力和熱力的碳排放因子也缺乏本地化和動態(tài)更新。此外，電耗和物耗未納入辦公區(qū)和生活區(qū)，導致很難量化這兩個范圍的消耗量；物耗碳排放量的計算納入了生產運行中的所有化學藥劑，其實引入了碳足跡的概念，導致重復核算。

1.2.2 核算方法分析

核算方法的選擇應確保結果的準確、一致和可再現(xiàn)。核算方法包括計算法和實測法，其中計算法又分為排放因子法和物料平衡法。排放因子法是利用GHG活動數(shù)據(jù)（如能源消耗量）乘以活動數(shù)據(jù)對應的排放因子（單位活動數(shù)據(jù)的排放量）計算；物料平衡法是根據(jù)質量守恒定律，用輸入物料中的含碳量減去輸出物料中的含碳量進行計算。實測法是通過在GHG排放源安裝連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)測量排放到大氣中的GHG排放量[18]。

排放因子法容易理解和應用，適用于多種行業(yè)和領域，是許多國家和組織報告GHG排放的主要方法，也在企業(yè)碳排放核算中被廣泛使用。但由于技術、工藝和地區(qū)差異而有所不同，導致估算結果的不確定性，排放因子需要定期更新以反映技術進步和工藝變化；物料平衡法通過直接測量輸入和輸出的物料量，可以更準確地估算排放量。不僅需要詳細的物料流動數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)收集和處理較為復雜），也需要專業(yè)的設備和人員來進行物料的測量和分析；實測法是直接測量特定排放源（如煙囪）的GHG排放，理論上可以獲得最準確的排放數(shù)據(jù)。但需要專業(yè)的測量設備和技術人員，成本較高。只適用于可以直接測量的排放源，不適用于大規(guī)模或分散的排放源。

總體來說，排放因子法由于其簡便性和適用性，在大多數(shù)行業(yè)和組織得到應用，也是許多國家和國際組織制定GHG報告標準的基礎。盡管存在準確性的局限性，但通過合理的數(shù)據(jù)管理和排放因子的更新，可以有效地控制估算誤差。

1.3 淀粉生產原料及工藝特征

根據(jù)生產原料可分為玉米淀粉、小麥淀粉、木薯淀粉、馬鈴薯淀粉、甘薯淀粉、綠豆淀粉等，進一步加工可生產淀粉糖、變性淀粉、味精、有機酸及化工醇等產品。由于生產單元和產品不同，生產加工工藝也不盡相同，主要包括原料凈化及預處理（清洗、浸泡等）、纖維分離與加工、蛋白分離與加工（蛋白回收）、淀粉乳及成品淀粉生產、面筋蛋白分離與加工、液化糖化、分離濃縮、蒸發(fā)干燥、灌裝包裝等。

淀粉工業(yè)在提取和加工過程（糊化、干燥等）需要使用電加熱、蒸汽加熱和大量輔機設備，此環(huán)節(jié)消耗大量能源，產生大量CO₂間接排放。其中蒸汽采用外購或自備鍋爐產生，根據(jù)區(qū)域環(huán)境等因素約束，燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐（含回收沼氣燃燒）或生物質鍋爐均有使用，此環(huán)節(jié)會消耗煤、石油、天然氣等化石燃料，產生大量CO₂直接排放。其次，鍋爐運行產生的煙氣會采用脫硫脫硝治理設施，脫硫劑一般采用碳酸鹽，脫硝工藝通常采用尿素法，而碳酸鹽和尿素的分解或水解會產生CO₂直接排放。同時在生產過程中難免會發(fā)生原輔料、產品的搬運和堆存過程的裝卸和運輸，裝卸和運輸車的使用會產生CO₂直接排放[19]。

此外，在浸泡、浮選濃縮、脫水分離、離子交換和蛋白回收等工藝產生大量含有可生物降解的有機物的廢水（稱“淀粉廢水”），其主要成分為淀粉、糖類、蛋白質、微細纖維等有機物質。針對高濃度的有機廢水，通常先進行蛋白質回收或厭氧發(fā)酵產沼氣，再進行厭氧+好氧+深度處理[20]。而好氧和厭氧工藝都對溫室氣體的產生有很大貢獻，包括污泥厭氧消化或污水厭氧處理過程（水解、酸化、產氫產乙酸和產甲烷4個階段）產生的CH₄氣體[21]，生物脫氮硝化與反硝化過程產生的N₂O氣體（缺氧和好氧條件下均能生成）[22]，以及預處理和處理過程的用電和藥劑產生CO₂。

1.4 核算邊界與排放源的確定

1.4.1 核算邊界

核算邊界對于確定一個組織或企業(yè)的GHG排放量至關重要，決定了哪些排放應當包括在內。根據(jù)上述分析，充分了解和調研企業(yè)的具體業(yè)務類型，確定淀粉加工企業(yè)核算邊界。以淀粉加工生產為主營業(yè)務的法人企業(yè)或視同法人的獨立核算單位為核算邊界。核算和報告發(fā)生在核算邊界范圍內的所有生產設施產生的GHG排放。生產設施包括生產系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)和附屬系統(tǒng)，即物理邊界。核算邊界示意圖如圖1所示。

1.4.2 排放源確定

根據(jù)確定的核算邊界，識別納入邊界的生產設施和排放源[20]。如表1所示。

1.4.3核算方法

本研究GHG排放量應等于核算邊界內燃料燃燒和脫硫脫硝過程排放、廢水處理過程排放，以及電力（電加熱、輔機設備耗電）、熱力和藥劑消耗產生的排放，同時扣除廢水厭氧處理沼氣回收所對應的甲烷減排量。所有GHG的排放量均應折算為二氧化碳當量。為避免重復計算，不考慮生產運行過程中混凝劑、絮凝劑、碳源、消毒劑、清洗劑等化學藥劑排放，只考慮碳酸鹽的消耗。

2結果與分析

2.1燃料燃燒排放

（1）計算公式

應按照燃料種類分別核算其燃料燃燒產生的二氧化碳排放量，并進行加和，按式（1）計算：

（2）活動數(shù)據(jù)獲取

燃煤消耗量應優(yōu)先采用經校驗合格后的皮帶秤或耐壓式計量給煤機的入爐煤測量結果。不具備入爐煤測量條件的，采用“進廠原煤量+期初庫存-期末庫存”核算。進廠原煤量應采用電子汽車衡等計量數(shù)據(jù)；庫存量應至少每月或每個生產期實際盤存。燃氣（含沼氣）、燃油消耗量應優(yōu)先采用每月連續(xù)計量監(jiān)測結果。不具備計量條件的，應采用購銷存臺賬中的消耗量數(shù)據(jù)或購銷票據(jù)數(shù)據(jù)。其他燃料消耗量應采用生產系統(tǒng)記錄的計量數(shù)據(jù)、購銷存臺賬中的消耗量數(shù)據(jù)。

計量器具的準確度等級應符合GB 17167或相關計量檢定規(guī)程的要求。計量器具應確保在有效的檢定/校準周期內，由有資質的機構至少每年進行檢定/校準。

（2）活動數(shù)據(jù)及其來源

污水處理站進、出口的水量、COD濃度和TN濃度，應優(yōu)先采用自動監(jiān)測或手工采樣數(shù)據(jù)，檢測頻次與方法、監(jiān)測項目應遵循相關標準要求，并建立企業(yè)記錄臺賬。宜使用定期測定數(shù)據(jù)的加權平均值，無法加權時可采用算術平均值。

污泥方式清除掉的有機物總量（S）應根據(jù)有機物濃度、污泥產率系數(shù)計算，或采用污泥產生和檢測記錄臺賬數(shù)據(jù)。企業(yè)應按照CJ/T 221等相關規(guī)范對污泥的含水率和有機物等指標自行檢測或委托具備相應資質的單位檢測。若企業(yè)無污泥產生，可使用缺省值0。

沼氣的回收體積量應優(yōu)先采用計量監(jiān)測數(shù)據(jù)，無計量條件可按HJ 2013中沼氣產量計算公式換算。沼氣中甲烷的含量應優(yōu)先采用實測值，檢驗機構應取得相關資質。廢水處理投加的藥劑。采用企業(yè)計量數(shù)據(jù)，或企業(yè)臺賬、購銷發(fā)票來確定。投加藥劑產生的CO₂按公式（3）、（4）進行計算。

2.3 凈購入電力、熱力產生的排放

（1）計算公式

（2）活動數(shù)據(jù)監(jiān)測與獲取

購入電量和輸出電量應優(yōu)先采用電表記錄的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，數(shù)據(jù)不可獲取時采用電費結算憑證的數(shù)據(jù)。統(tǒng)計電力消耗量時，宜根據(jù)綠電、綠證等交易憑證扣除購入的非化石能源電力消耗量。購入熱量和輸出熱量應優(yōu)先采用流量計、熱量計記錄的計量數(shù)據(jù)。無計量數(shù)據(jù)時采用熱力結算憑證上的數(shù)據(jù)。以質量單位計量蒸汽和熱水時，可參照《企業(yè)溫室氣體排放核算與報告指南 發(fā)電設施》中9.2.3的換算公式進行計算。

3 討論

3.1 核算范圍與內容

分析來看，在組織和企業(yè)層面，核算考慮的排放源類別包括燃料燃燒排放、生產過程排放、廢水處理排放以及凈購入使用電力、熱力排放等四個部分。核算的GHG一般為CO₂、CH₄和N₂O。燃料燃燒排放中除化石燃料燃燒以外，對于生物質燃料的燃燒一般僅計算混合成分中化石燃料，純生物質燃燒記為零；生產過程排放多指碳酸鹽和尿素消耗分解產生的CO₂；但在廢水處理過程中對于以污泥方式清除掉的有機物總量，多數(shù)以“采用企業(yè)計量數(shù)據(jù)。若企業(yè)無法統(tǒng)計以污泥方式清除掉的有機物總量，可使用缺省值為零”，導致這部分排放很難進行核算；甲烷回收量的活動數(shù)據(jù)獲取方式以“采用企業(yè)計量數(shù)據(jù)，或根據(jù)企業(yè)臺賬、統(tǒng)計報表來確定”。同樣存在無法統(tǒng)計、獲取難度大等問題。其次，COD的單位通常以千克COD/m³廢水來表示，而常規(guī)檢測單位為mg/L，導致前者需要換算，降低了標準的可操作性。廢水的處理量以年進行統(tǒng)計，COD的濃度取平均值，無形中增大了核算誤差。再次，企業(yè)應使用依法經計量檢定合格或者校準的計量器具，電表、熱量計量器具的配備和管理應符合GB 17167等標準的要求，并確保在有效的檢定/校準周期內。

3.2 活動數(shù)據(jù)及排放因子

為了數(shù)據(jù)的可比性和統(tǒng)計管理，現(xiàn)行標準通常推薦使用全國電網年平均供電排放因子（最新數(shù)據(jù)0.5942 tCO₂/MW·h），這種取值無疑高估了新能源發(fā)展規(guī)模較大區(qū)域電力消耗的實際排放水平，如甘肅省最新平均電網排放因子為0.4955 tCO₂/MW·h。而熱力排放因子統(tǒng)一采用了0.11 tCO₂/GJ，這也會降低企業(yè)采用清潔能源電力和低碳供熱方式的激勵作用。因此，研究中提出應優(yōu)先采用省級電網排放因子或區(qū)域供熱實測的排放因子。地方有要求的，應從其規(guī)定、適時調整，并注明來源。

為了數(shù)據(jù)的準確性，燃料低位發(fā)熱量、單位熱值含碳量、碳氧化率等排放因子應優(yōu)先采用實測值，至少每批次、生產期或每年檢測一次，可自行檢測、委托檢測或由供應商提供。沼氣的成分、熱值、單位熱值含碳量等指標，應有具備專業(yè)檢測資質的檢測機構進行測定，并出具完整有效報告。脫硫劑中碳酸鹽含量、碳酸鹽或尿素分解的CO₂排放因子也應優(yōu)先采用檢測值，至少每批次檢測一次。不具備實測條件或實測不符合規(guī)范要求的，可采用供應提供的商品性狀數(shù)據(jù)或參考相關指南的缺省值。針對排放因子數(shù)據(jù)當年有多于一次實測數(shù)據(jù)時宜使用加權平均值，無法加權時可采用算術平均值。并根據(jù)主管部門的最新發(fā)布數(shù)據(jù)適時調整。

研究表明，廢水厭氧處理系統(tǒng)的最大甲烷產生能力、甲烷修正因子和氧化亞氮排放因子受工藝和地域氣候等因素的影響較大[23]，應優(yōu)先根據(jù)實際情況及廢水的處理技術進行現(xiàn)場實測。如果不可獲取，采用IPCC缺省值為0.25 kg CH₄/kg COD，MCF宜采用《工業(yè)其他行業(yè)企業(yè)指南》的缺省值，宜采用IPCC缺省值為0.005 kg N₂O-N/kg TN。生態(tài)環(huán)境主管部門有更新的，采用其最新發(fā)布的數(shù)值。

3.3 數(shù)據(jù)獲取及驗證

研究過程中調研了甘肅藍天馬鈴薯產業(yè)發(fā)展有限公司、甘肅省高原薯業(yè)有限公司和甘肅祁連雪淀粉有限公司的生產工藝、附屬生產系統(tǒng)和輔助生產系統(tǒng)。對于電力、燃料數(shù)據(jù)均可獲得。其中藍天馬鈴薯采用燃煤鍋爐，廢水先進行蛋白回收，再進行生物處理，鍋爐煙氣采用雙堿法脫硝和尿素脫硝；高原署業(yè)采用天然氣鍋爐，正在進行厭氧發(fā)酵工藝改造，后續(xù)回收沼氣作為燃料，計量體系符合國家相關要求；祁連雪淀粉目前由于區(qū)域基礎設施限制，采用生物質鍋爐，生物質采用秸稈等燃料，有相關記錄數(shù)據(jù)。污水處理站進、出口的水量、COD濃度和TN濃度等數(shù)據(jù)都進行定期檢測。因此，文中的核算方法適用于淀粉加工企業(yè)GHG的核算。

4 結語

研究結果表明，淀粉加工企業(yè)溫室氣體精準核算對企業(yè)的減排轉型至關重要，對于淀粉工業(yè)碳達峰目標的實現(xiàn)具有重要的意義。一方面，它為企業(yè)制定減排目標和策略提供了科學依據(jù)，使企業(yè)能夠有針對性地采取節(jié)能技術改造、優(yōu)化生產流程、提高能源利用效率等措施，降低溫室氣體排放。另一方面，準確的排放核算數(shù)據(jù)有助于企業(yè)滿足政策法規(guī)要求，提升市場競爭力，樹立良好的企業(yè)形象。

溫室氣體核算是淀粉加工企業(yè)實現(xiàn)綠色低碳轉型的重要途徑之一，是推動淀粉工業(yè)節(jié)能減污降碳的重要舉措，未來還需要更多企業(yè)和行業(yè)技術人員參與其中，不斷優(yōu)化和完善淀粉加工企業(yè)溫室氣體核算標準，強化數(shù)據(jù)質量控制與管理，加快標準落地，充分發(fā)揮其規(guī)范和引領作用。

作者簡介

周英，院長，主要從事技術標準與應用研究。

（責任編輯：張佩玉）