2.3 生物质燃烧温室气体排放清单编制

2.3.1 概述

我国是生物质燃烧大国，特别是在农村地区，生物质能源依然在居民生活占有举足轻重的地位。本研究的目的是编制 2008 年生物质燃烧的CH ₄ 和N ₂ O排放清单。

我国生物质资源主要来源于三个方面，一是农业废弃物及农林产品加工业废弃物，如农作物秸秆及木屑、木片等；二是薪柴和由木材加工而成的木炭；三是人畜粪便。农村生活是生物质燃烧的主要环节，同时农村生产也消耗一定数据的薪柴。农村中的民用炉灶是燃用生物质的主要设备。20 世纪 80 年代初期，中国 90%以上农户使用效率低下的传统旧式柴灶。从 1983 年起，中国大规模推广省柴节煤技术，取得了良好的效果。到 2008 年中国已有 75%以上的农户用上了不同类型的省柴灶；节能炕超过 2000 万铺。传统旧式柴灶都是大炉膛、大灶门、大烟道、无灶箅等，因而热效率很低，炊事热效率在 8%～ 12%之间；经过改造，省柴灶的炊事热效率可达 20%～ 25%，是传统旧式柴灶的 2 倍，因此平均每台节能炉灶可节约燃料 40%～ 50%。但是由于燃烧设备的结构发生了变化，例如炉灶密闭性大为改善，各类气体的排放因子也发生了变化。以上因素均对生物质燃烧的温室气体排放产生了重大影响。

2.3.2 清单编制方法

针对生物质燃烧甲烷和氧化亚氮排放，《1996 年IPCC清单指南》提供了两种方法：第一层次法（Tier1）和基于技术的第二层次法（Tier2）。

2.3.2.1 第一层次法：

其中：

EF =排放因子（kg/ TJ）；

Activity =活动水平（TJ）；

a =燃料品种；

b =部门活动水平。

同时《1996 年IPCC清单指南》提供了分部门的排放因子，其中生物质燃料品种分为三类：薪柴、木炭和其他（见表 2 -45）。可以看到，除了木炭，其余生物质在居民部门的排放系数是能源工业的 100 倍。

在《1996 年IPCC清单指南》中，生物质燃烧N ₂ O排放因子多空缺，在《2006 年IPCC清单指南》中给出少许数据，见表 2 -46。可以看到，N ₂ O排放因子取值范围很大，说明其不确定性非常大。

2.3.2.2 第二层次法（设备法）：

IPCC研究认为，甲烷和氧化亚氮排放依赖于燃料、技术类型和污染控制技术，同时燃烧技术的设备规模、使用时间、维修保养、运行也是重要的影响因素。

其中：

EF =排放因子（kg/ TJ）；

Activity =活动水平（TJ）；

a =燃料品种；

b =部门活动水平；

c =设备类型。

根据我国生物质燃烧利用的特点、统计数据和排放因子的可获得性，本专题采用Tier1 方法计算生物质燃烧CH ₄ 和N ₂ O排放量，即采用 2005 年清单编制所确定分燃料品种排放因子计算 2008年生物质燃烧的温室气体排放量。燃料分类情况见表 2 -47。

2.3.3 活动水平数据

确定生物质燃料的活动水平总量是一大难题。根据《中国农村能源统计年鉴》（2006 ～ 2007）和《中国能源统计年鉴-2006》，2005 年我国农村生活燃用秸秆和薪柴量分别为 3.72 亿吨（占当年秸秆资源量的 50%）和 1.81 亿吨（折合标煤共 2.63 亿吨），农村生产消耗薪柴 5757 万吨；《中国能源统计年鉴-2008》表明 2007 年农村生活消耗秸秆 3.4 亿吨（折合 1.6 亿吨标煤），薪柴 1.82 亿吨（折合 0.9 亿吨标煤），共折合标准量约 2.5 亿吨标煤，农村生产消耗薪柴 7393 万吨。但很多专家都质疑这些数据的可靠性，认为偏大。2007 年以后，农业部已经停止对外发布生物质能源消费统计数字，《中国能源统计年鉴》也中断对该数据的公布。

根据《中国能源统计年鉴-2009》对农村生活用煤的调整，2005 年清单编制过程中对秸秆的燃烧量进行了微调，最终采用的秸秆活动水平数据比统计数据下降了 3.6%。本研究在假定 2005 年和2008 年农村人均生活用能相当的前提下确定2008 年秸秆和薪柴燃烧量。如表2 -48 所示，2005年的数据表明农村人均生活用能约 0.48tce /人，按此计算，2008 年农村生活用能量应达到3.46 亿tce，减去商品能源消费量（1.18 亿tce），可基本判断 2008 年农村生活生物质燃烧量约 2.28亿吨标煤。在假设薪柴量维持不变（1.8 亿吨）的情况下，秸秆燃烧量大约为 2.91 亿吨 ，比 2005年降低 18.9%。农村生产薪柴消耗量采用 2007 年数据。

动物粪便直接燃烧量的统计也为空白。采用估算的方法确定我国牧区动物粪便燃烧量，设每户牧民日燃用粪便约 15 公斤，年燃用约 5 ～ 6 万吨。

2008 年生物质燃烧的活动水平统一列在表 2 -49。

2.3.4 排放因子数据

生物质燃烧温室气体排放因子的确定是又一大难题。不论国际还是国内，对生物质在小型设备中燃烧的温室气体排放因子的研究一向比较薄弱。为了弥补这方面的不足、减少排放清单编制的不确定性，20 世纪 90 年代以来由美国环保局机构资助在发展中国家进行了一系列的测试工作，以测定生物质在小型燃烧设备中的排放因子。通过这些测试工作不仅建立起一套完善的碳平衡理论和实验流程，而且还建立起一套较为完整的排放因子数据库（既包括温室气体也包括CO等污染物），为发展中国家编制生物质燃烧温室气体排放因子打下了良好的基础。此外，其他一些国际研究机构也对生物质燃烧的温室气体排放进行了研究，例如 1997 年亚洲理工学院（AIT）在瑞典国际发展合作署（SIDA）的资助下，开展了一项估算亚洲国家生物质燃烧排放的项目。第一次国家信息通报对这些研究进行了系统的综述和研究，采用了由美国环保局资助、美国东西方中心和清华大学于 1995 ～ 1996 年在北京开展的测试及其成果 。

但是以上这些研究都没有涉及N ₂ O排放因子，《1996 年IPCC清单指南》和《2006 年IPCC清单指南》提供的N ₂ O缺省排放因子也非常有限；因此，在此次清单编制过程中特别邀请了在农村炉灶排放方面积累了丰富经验的清华大学环境科学与工程系开展针对中国农村炉灶N ₂ O排放因子的专门测试（同时也测试了CH ₄ 因子），并且全面收集了该系多年来所积累的排放因子测试资料。详细情况可参见分报告《生物质炉灶氧化亚氮排放因子研究》。

由此，本次清单编制所采用的薪柴和秸秆排放因子来自三套数据：

1）由本项目资助，2009 年 11 月清华大学在密云开展的测试及其数据，以下以“测试一”表示；

2）1995 ～ 1996 年的北京测试结果，也就是第一次信息通报所采用的数据，以下以“测试二”表示；

3）清华大学的历史测试资料，以下以“测试三”表示。

这三组数据采用相同的方法论和测试流程，均由清华大学环境科学与工程系主持或参与，因此数据结果具有很好的可比性。详细数据列在表 2 -50 至表 2 -54。

动物粪便燃烧的温室气体排放因子缺少实测数据，而且相比秸秆和薪柴，粪便的消耗量也非常小，因此采用IPCC缺省数值，甲烷排放因子来自《1996 年IPCC清单指南》，氧化亚氮排放因子来自《2006 年IPCC清单指南》。

2005 年清单根据以上排放因子进行计算。2008 年清单采用 2005 年的加权排放因子，列在表2 -55。

2.3.5 生物质燃烧温室气体排放清单

初步计算结果表明，2008 年生物质燃烧CH ₄ 排放量约为 191.8 万吨，N ₂ O 5.8 万吨，合计约5180.9 万吨CO ₂ - eq，见表 3 -12。在燃料品种中，秸秆的CH ₄ 排放量占CH ₄ 总排放量的 64.0%；其次为薪柴，占总排放量的 34.2%；秸秆的N ₂ O排放量占N ₂ O总排放量的 65.8%，薪柴占 33.4%。

2.3.6 不确定性分析

本次清单编制在提高生物质燃烧温室气体排放因子方面做了较多工作。首先，邀请了在农村炉灶排放方面积累了丰富经验的清华大学环境科学与工程系展开了针对我国农村炉灶排放因子的专项测试，不仅涉及了甲烷排放，而且测试了氧化亚氮排放因子，弥补了这方面的一些空白；其次广泛收集了清华大学环境科学与工程系的历史测试资料，这些资料涉及不同地点、不同季节、不同燃料品种的甲烷排放因子；最后，在确定最终排放因子方面，同时考虑了以上两套数据以及第一次信息通报所使用的排放因子，样本数大大增加，使之更具有代表性。

但即使这样，也不能否认生物质燃烧温室气体排放清单编制过程中依然存在很大不确定性。

首先，较大的不确定性来自活动水平数据。分品种的生物质燃料活动水平（秸秆和薪柴的燃烧总量）基于 2005 年清单和国家级统计体系（《中国能源统计年鉴》）进行测算。一般而言，因为生物质燃料属于非商品能源，来源广泛而分散，活动水平统计难度很大，相对于矿物燃料活动水平的统计，即使来源于国家级统计体系的数据不确定性也较大。2000 年以来木炭的统计基本为空白，本次清单编制采用了国家林业局公布的 2000 年数据，不确定性应该较大。

其次，排放因子是另一大不确定性来源。我国幅员辽阔，气候条件千差万别，生活习惯迥异，各地家庭小型燃烧设备的构造和技术虽“大同”但存“小异”，作为能源燃烧的农业残余物和薪柴的种类和构成也很不同，这些都会对甲烷和氧化亚氮的排放因子带来差异。虽然由于测试数据的增多，计算中采用三套排放因子，而且这些排放因子来源于对有相当代表性和典型性的“燃料-炉灶”组合的测试，但不可能覆盖全部的“燃料-炉灶”组合，更不可能覆盖全部地区，将其应用到全国范围，不确定性很大。

项目组对 2008 年生物质燃烧温室气体排放量（这里取农村居民生活薪柴和秸秆燃烧甲烷排放量）进行了定量的不确定性分析。不同于第一次信息通报，此次清单编制采用了蒙特卡罗方法。该方法所需要的活动水平和排放因子数据的平均值、可能的变化范围（标准偏差）列在表 2 -57。

运用Cystalball软件进行模拟计算 2000 次，得到 2008 年生物质燃料甲烷排放量的范围为44.5 ～ 244.9 万吨（95%置信度），平均值为 144.0 万吨，见图2 -3。考虑到活动水平数据可能偏大，清单最终选择的 188.3 万吨也属偏高范围。

敏感性分析表明，对甲烷排放不确定性贡献最大的是秸秆排放因子，贡献率达到 60.9%，其次为秸秆总量，达 19.5%。 l2iZ2Qt47AxqHJJh8/3FTSDUnqyipBD7ygiv5a6u1ycvLBDM5lA5Jv6vbQQSBY5I