校园生活垃圾收集过程中温室气体排放比较.pdf

第 3 2卷 第 1期 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 2 0 1 1 年 2 月 收集过程中温室气体排放比较 孙 旭， 仝欢欢， 牛 静， 赵由才 ( 同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室． 上海 2 0 0 0 9 2 ) ( 摘要] 以电力 、 柴油、 生物 柴油三种 能源为车辆提 供动力 ， 分别计算并 比较上述 能源在校 园生活垃圾 收运 过程中产生的全生命周期温室气体排放量。结果显示， 以生物柴油( 菜籽油) 为燃料时． 校 园生活垃圾收运过程中 所产 生的温 室气体 量最少 ， 仅为 6 ． 2 ~ 1 0 3 g C 0 2 _ 当量 ； 其次为柴 油， 温 室气体排放 量为 2 ． 2 ~ 1 0 4 g C O f $量 ； 以电力 为燃料所排 放的温室气体量最 多． 为 2 ． 6 x l O 4 g C O ’ _ 当量。 [ 关键词] 校园生活垃圾收运系统； 温室气体 ； 生命周期评价法 中图分类号 ： X 2 4 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 4 -- 4 3 4 5 ( 2 0 1 1 ) 0 1 - 0 0 3 4 - 0 3 Co mp a r i s o n o f t h e Gr e e n h o u s e Ga s d u r i n g Ca mp u s W a s t e Co l l e c t i o n S UN Xu ． T 0N G Hu a n — h u a n ． NI U J i n g , Z HA0 Yo u - c a i ( S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f P o l l u t i o n C o n t r o l a n d R e s o u r c e s R e u s e ， T o n g j i U n i v e r s i t y ， S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 , C h i n a ) Ab s t r a c t B a s e d o n t h e l i f e c y c l e a s s e s s me n t , t h e g r e e n h o u s e g a s 、 mi s s i o n s f r o m t h e t h r e e p o w e r s o u r c e s o f e l e c t r i c i t y ， d i e s e l a n d b i 俨 1 d i e s e l , W e F t c o mp a r e d i n t h e p r o c e s s o f c o l l e c t i o n a n d t r a n s p o r t a t i o n o f c a m p u s w a s t e ． T h e r e s u l t s i n d i c a t e b i o ． j e s e l ( e o l z a o i l ) r e l e a s e s 6 ．2 ~ 1 0 。 g C O l , f o l l o w e d b y d i e s e l ( a t 2 ． 2 x i 0 g C O f e q u i v a l e n t ) a n d t h e n e l e c t r i c i t y 『 2 ． 6 x l O 4 g C O l e q u i v a l e n 0 ． Ke y wo r d s c o l l e c t i o n a n d t r a n s p o r t a t i o n o f c a mp u s wa s t e ； g r e e n h o u s e g a s e s ； l i f e c y c l e a s s e s s me n t 随着我国经济的高速发展 ， 汽车保有量逐步增 加 ， 其所带来的温室气体排放量也 13 益增长 柴油车 在运行过程中的温室气体排放量较低， 而电瓶车以电 代油， 在使用过程中污染物为零排放 n 。生命周期评价 法( L C A ) 是在产品的整个生命周期内， 包括原材料的 生产加工 、 产品生产、 运输分配、 使用及维护、 废物的最 终处置等过程中， 汇编和评价产品及其生产活动对环 境所产生的影响的客观过程翻 。 从 L C A的角度来看 ， 能 源的生产运输阶段( 上游阶段 ) 不可避免地产生大量 温室气体 ， 仅从能源的消耗阶段( 下游阶段) 来比较柴 油车和电瓶车的环境影响有失偏颇13 ] 。 本文以上海市某 高校的校园垃圾收运系统为例， 从 L C A角度评价了车 辆运行中的温室气体排放量， 通过比选得出具有环境 友好性能的车辆燃料， 为我国交通领域温室气体的减 排提供参考。 1 实例描述 上海市某高校占地 8 2 h m 2 ， 人 口为 1 1 0 0 0人， 校 区内垃圾筒多放置于教学楼与宿舍楼前等人员集中 地带。校区的厨余垃圾已单独收集 ， 故校园垃圾收运 系统收集的垃圾以生活垃圾为主。校区 目前采用电瓶 车收运生活垃圾 ， 车型为 B D 2 A， 产地为杭州。校区共 有两辆电瓶车， 一用一备， 每天 8 小时连续运作。电瓶 车的运行路线不固定， 根据不同地点垃圾筒的满溢情 况进行收集。电瓶车收运方式如下： 从库房出发， 在校 园外的垃圾中转站装载 1 2个清空垃圾筒 ， 根据经验 和校园保沽人员的反馈信息驶向第一个垃圾收集点 ， 由驾驶人员将清空垃圾筒放下 ， 换成装满垃圾的垃圾 筒 ， 然后驶向下一个收集点， 直至换装完 1 2个垃圾筒， 收稿日期 ： 2 0 1 0 - 1 l _ 2 7 基金项 目： 生活垃圾综合处理与资源化利用技术研究与规范、 国家科技支撑计划课题( 2 0 0 6 B AC 0 6 B 0 2 ) 。 作者简介 ： 孙 旭 ( 1 9 8 6 一) ， 女 ， 同济大学在读硕士 ， 主要研究固体废弃物与资源化。 第 1期 校园生活垃圾收集过程中温室气体排放比较 ． 3 5． 运至校园外 的垃圾 中转站卸下 ， 换上空垃圾筒 ， 重新 开始垃圾收运。垃圾中转站的垃圾经压缩机压缩后 ， 并入市区垃圾收运系统处理。除去寒暑假期前后垃圾 产生量较多外 ， 平 日每个垃圾筒收集的生活垃圾量为 2 5 k g 左右。电瓶车的运行时间占工作总时间的 8 0 ％。 电瓶 车 生 活垃 圾 图 1 校园生活垃圾收运示意 2 温室气体排放量计算 目前 ， 关于车辆燃油和 电力所产生的温室气体生 命周期评价的研究已有很多， 若重新采用模型对其进 行评估计算 ， 一方面模型不易参数化 ， 另一方面， 模型 中的某些参数通常具有保留专有权 ； 故利用前人对燃 油和电力所产生 的温室气体 的生命周期评价结果来 进行计算。 2 ． 1 电瓶车的温室气体排放量 f 1 1 电瓶车的 13 耗电量计算。目前校园使用的电瓶 车车型为 B D 2 A型， 部分参数如表 1 所示。 表 1 BD 2 A型电瓶车部分参数 额定载重量 空载速度 重载速度 额定 电流 额定电压 电池数量自重 k g k m ／ h k n V 5 A V 个 k g 2 0 0 0 1 8 1 5 7 8 48 2 4 1 7 0 0 经过调研统计分析 ， 得出电瓶车每天工作时间为 8 h ， 运彳 亍 日 寸 间占垃圾收集过程总时问的8 0 ％， 翼 毛 电量由 公式 计算， 电瓶车每无阳电量为 2 4 k W h 。 f 2 1 电瓶车的温室气体排放量计算。表 2是基于生 命周期评价法计算的三种能源温室气体排放系数。 表 2 温室气体排放 系数 g C O ~ 当量， ( k w h ) 中国电力企业联合会发布 2 0 0 9年全国电力工业 年度统计数据表明， 目前我国发电机组装机容量中， 火电、 水电、 核电的比例为 8 1 ． 8 1 ％、 1 5 ． 5 3 ％、 1 ．9 ％。 假定 上海市电量中火电、 水 电、 核电的比例按上述数据计 算， 则校园电瓶车每天耗电量换算成温室气体 C O ， 当 量为 2 4 x ( 8 1 ． 8 1 ％x l 3 0 3 ． 0 + 1 5 ． 5 3 ％x 2 4 3 ． 1 + 1 ． 9 ％x 1 3 ． 7 ) - 2 ． 6 x 1 0 g C O 2 - 当量 。 2 _2 柴油与生物柴油为燃料时的温室气体排放量计算 对于柴油车而言， 温室气体的排放量根据污染物 单位里程平均排放因子( 表 3 ～ 5 ) 来计算翻 。 本文选取柴 油和生物柴油 ( 分别以大豆和菜籽油为原料生产 ， 分 别标记为生物柴油 1 和生物柴油 2 ) 作为燃料来比较其 温室气体排放量。 表 3 原料生产阶段的温室气体排放 g ／ k m 按照《 京东议定书》 采纳的标准计算温室气体折 合系数 ， 即在 1 0 0年尺度内把各种温室气体折合成 C O ： 的影响力。每克 C H 和 N O的全球增温潜力分别 相 当于 2 3 g C O ， 和 2 9 6 g C O ， 。 根据电瓶车的速度计算 出柴油车每天行驶的路 程为 1 5 k m ／ h x 8 h x 8 0 ％= 9 6 k m。由柴油计算出的温室 气体排放量为 2 ． 2 x 1 0 4 g C O 2 - 当量 ， 由生物柴油 1 计算 出的温室气体排放量为 7 ． 2 X 1 0 3 g C 0 2 - 当量 ， 由生物柴 油 2计算出的温室气体排放量为 6 ． 2 ~ 1 0 s g C 0 2 - 当量。 四种燃料全生命周期温室气体排放量见图 2 。 幽I 0 U 赠 000 0 5 0 00 000 0 5 0 00 00 00 5 0 0 0 O 电量 柴 油 生物 柴油 1 生物 柴油2 能源种类 图 2 四种燃料全生命周期温室气体排放置 3 结果与讨论 从燃料生产到使用的全过程来看 ， 电瓶车的温室 气体排放量 比柴油车多出 1 1 ％， 但却是生物柴油 1 的 3 - 5 倍 ， 是生物柴油 2的 4 倍。 相比较而言， 生物柴油作 为燃料对温室气体减排的贡献率更大。 电力的生命周期温室气体排放全部集 中于生产 分配和运输阶段， 使用阶段的温室气体为零排放。温 室气体在电力生产分配阶段的集 中排放有利于 C O 、 ． 3 6 ． 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 爱3 2 卷 C H 、 N ， O等 气体 的捕 捉吸附转 化 ， 温室气 体减排 潜力很大。 而柴油在使用过程中温室气体排放占到了 总排放量的 8 5 ． 7 ％， 生产分配和运输阶段温室气体的 排放所占份额很小 ， 仅为电力在相同阶段所产生的温 室气体量的 1 ／ 1 5 。由于在交通领域 内， 温室气体的排 放较为分散， 不利于收集 ， 因此使用柴油作为燃料时， ’在燃料的使用阶段对温室气体进行捕捉吸附的可行 性很小， 应依靠柴油品质的提升以及柴油发动机效率 的提高来实现温室气体的减量化排放阎 。 生物柴油在下游阶段的温室气体排放几乎为零 ， 这是因为在大豆和菜籽的生长阶段 ， 通过光合作用吸 收的温室气体与在汽缸中燃烧时产生的温室气体形 成一个相对较快的碳循环， 可认为在生物柴油的下游 阶段， 温室气体的产生量为零。 4 结 论 校园生活垃圾收运系统中电瓶车和柴油车的全 生命周期温室气体排放量 比较的结果表明， 从所排放 的温室气体全生命周期来看 ， 生物柴油是环境友好型 ( 上接第 2 5页) 修则要求每三个月进行一次小型规格检修， 每半年进 行一次 中型规格检测 ， 每年进行一次大型规格检修 ， 以确保系统始终处于最优运行状态。 3 ． 8 效益及风险分析 利用太阳能发电不使用任何化石燃料， 不会向环 境排放有害物质， 且无运动部件也无噪声影响 ； 太阳 能属于可再生能源 ， 应用太阳能技术可缓解常规能源 紧张的问题。 我国常规电能以煤炭发电为主， 煤炭发电量占全 部发电量的 7 0 ％以上 ， 按我国煤炭发电厂平均每千瓦 时电能耗用为 4 0 0 g标准煤计算 ，光伏系统发电每 1 0 0 k Wh可以节省标准煤 4 0 k g ， 减排粉尘 2 7 ．2 k g ， 减 排氮氧化物 1 ． 5 k g ， 节省净水 4 0 0 L ， 减排二氧化碳 的燃料 ， 仅为电瓶车所产生的温室气体的 3 0 ％。本实 例的约束条件比较简单， 可将实际运行中的路况以及 车辆在交叉 口处的排队等候时的温室气体排放量等 因素考虑进去， 使计算方法更加完善， 数据更加精准 ， 为交通领域温室气体的减排提供借鉴。 参考 文献 ( 1 】J o a n M ,O g d e l l P r o s p e c t s for B u i l d i n g a Hy d r o g e n E n e r g y I n f r a s t r u c t u r e [ J ] ． An nu a l Re v i e w o f En e r g y a n d t h e E r wi r o n me n t, 1 9 9 9 ， 2 4 ．2 2 7 - 2 7 9 ． [ 2 1 C o n s o l i F ， A l l e n D， B o u s t e a d I ， e t a 1 ．G u i d e l i n e s f o r L i f e- c y c l e As s e s s m e n t ：a C o d e o f P r a c t i c e [ M ] ． B r u s s e l s ： S E T A C E u r o p e , 1 9 9 3 ： 1 8 — 6 7 ． 『3 1 梅娟， 范钦华， 赵由才， 等．交通运输领域温室气体减排与控制技术 [ 】Ⅵ ] E 京 ： 化学工业出版社 ， 2 0 0 9 ： 1 4 3 — 1 4 4 ． [ 4 1 马忠海． 中国几种主要能源温室气体排放系数的比 较评价研究【 1 ) E 京： 中国原子能科学研究院 ， 2 0 0 2 ． 『 5 ]胡志远 ， 谭丕强 ， 楼狄明， 等．柴油及其替代燃料生命周期排放评价Ⅱ l 内燃机工程 ， 2 0 0 7 ， 2 8 ( 3 ) ： 8 o - 8 4 ． 『 6 ] 殷明汉， 肖寒．解读我国柴油发动机燃油标准【 J 1． 国际石油经济 ， 2 0 0 4 ， 1 2 ( 2 ) ：2 1 - 2 2 ． 9 9 ．7 k g ， 节省柴油2 6 L ， 减排二氧化硫3 k g 。本项目建 成岳每年可以发电3 8 8 M Wh ， 相当于盱 雀 掣 轴 1 0 0 8 0 L 或节省标准煤 1 5 5 2 0 k g 。这也意味着少排放 3 8 6 8 4 k g 的二氧化碳、 1 1 6 4 k g 的二氧化硫和 5 8 2 k g 氮氧化物， 同 时减： 烟 ： ．1( 力 产生的 1 0 5 5 4 粉尘， 节约 1 5 5 2 0 0 L 净水。 由此可以看出， 本项 目的社会效益和节能减排I方面 效果显著。 使用太阳能作为能源手段的建筑， 由于需增加较 大的前期投入， 对项目的资金有一定的影响。 参 考文献 [ 1 】张学松． 太阳能光电板在建筑一体化 中的应用[ J ] ．建筑 ， 2 0 0 5 ( 2) ： 8 O一8 3 ．