植物源生物質溫室氣體排放
生物質簡介/核算規則/溫室氣體排放
總結概述
■ 了解植物源生物質的溫室氣體排放、農產品碳足跡的核算規則
■ 了解農林和其他土地利用部門溫室氣體排放、分配和清除概述
一、簡介
植物源生物質是指植物生長過程中自然形成的含碳化合物或在人工經營的農林漁業過程中獲取和利用的含碳化合物。生物質作為一種可再生資源，其通過固定大氣中的CO2進行生長。利用植物源生物質作為燃料、化工原料以及其他生產材料，可以替代化石燃料等不可再生資源，減少CO2、CH4等溫室氣體的排放。
ISO 14067:2018中的附件E.3產品中的生物碳儲存中提到，大多數農產品，包括谷物、水果、蔬菜、牲畜、家禽和相關產品，壽命較短且會被快速消耗。另一方面，一些產品具有較長時間儲存碳的潛力，例如木材或其他生物質衍生的建筑產品[1]。
計算過程中需要考慮到隨時間增長儲存于生物中碳的穩定性，但是根據ISO 14067中6.4.8規定，應該在評估期開始就將其計算入內。在沒有特殊規定的情況下，如果使用階段和/或廢棄物處置階段產生的溫室氣體排放量和清除量發生在產品投入使用后10年以上，則應在LCI中具體說明相對于產品生產年份的溫室氣體排放量和清除量的時間[1]。
如果在使用或廢棄物處置階段有碳的排放，則計算植物生長期間的碳去除和隨后的排放。如果將大氣中的碳去除包括在系統邊界內，則在廢棄物處置階段，燃燒生物質或其衍生物碳足跡為0(除去轉化為CH4的部分)。如果產品廢棄物處置階段被重復使用或回收，當生物碳流轉移到后續產品系統時，這也可能導致對CFP的凈貢獻為零。該解釋將為生物質能源或生物質材料的的碳排放提供依據。
二、農產品碳足跡核算規則
農產品涉及植物源有機固廢處理邊界如下圖所示。根據《RB/T 095-2022農作物溫室氣體排放核算指南》與《RB/T 175-2018 生物質能可持續性認證要求》，可分為兩個系統，即農田生態系統(下稱系統1)與有機固廢處理系統(下稱系統2)。根據我國農林業發展情況，系統1與系統2通常由不同組織承擔功能，因此系統1的產品為完整農作物，植物體中有機固廢部分可作為有機固廢處理系統原材料。
有機廢棄物的碳排放當量經計算分配后，可直接用于系統2中核算。若之間產生運輸、儲存等化石能源與外購電力消耗，也應一并計入有機廢棄物的碳足跡中。
系統1和系統2可享有相互獨立周期。
圖1 系統劃分與邊界
1、 農田生態系統
■ 根據《RB/T 095-2022農作物溫室氣體排放核算指南》，在農田生態系統中，核算氣體為二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)，排放源如下表所示[2]。
對于單作、一熟作物，可以以自然年做為核算期;多年生、輪作、間作等復雜系統，以植物生長期作為核算期，期間休耕期田間管理所產生的溫室氣體排放計入核算期中生長的作物CO2e。
系統1的溫室氣體排放核算公式為[2]：
E1 = ERice + EFert + EFuel + EElec + EHeat + EStr – ΔCSoil
總排放 = 稻田排放 + 肥料排放 + 燃料排放 + 購入電力排放 + 購入熱力排放 + 堆肥排放 – 土壤碳庫變化
其中，EFert應根據植物各組分含氮量進行同比分配，其余排放根據含碳量進行分配。根據RB/T 09-2022中規定，年度土壤碳庫變化以及其他排放，也應按照不同作物或作物生長情況進行分配。由此可計算出有機廢棄物例如秸稈、麥麩的最終溫室氣體排放。
2、有機固廢處理系統
■ 根據ISO14067 3.1.7.1規定，農田生態系統產生的有機固廢均認定為生物質[1]。以能源作物或有機廢棄物作為原料，系統1與系統2之間若經過原料收集、原料預處理、貿易環節，需要單獨計算因運輸、儲存、處理等步驟產生的化石能源消耗、電力購入等溫室氣體排放，并計入有機廢棄物的溫室氣體排放中[3]。
按照處理方式，系統2中，有機廢棄物一般可分為生物質能源途徑與生物質材料途徑。
2.1 生物質能源
生物質經過不同的生產工藝轉化為生物質能源，并經過儲存、運輸等過程，最后會被實際使用和消耗。在這些過程中會使用電力并產生化石能源消耗，也可能因生產工藝問題、儲存運輸問題或不完全使用產生甲烷排放。同時通過技術手段，例如BECCS生物質能和碳捕集封存技術，也可以避免使用與廢棄物處置階段排放的溫室氣體逸散到大氣中。
核算公式為：
E2.1 = EFuel + EElec + ECH4 – ΔCBECCS
生物質能源排放 = 化石燃料消耗 + 購入電力 + 未完全利用或轉化成的甲烷排放 –生物質能和碳捕集封存的碳匯
根據IPCC國家溫室氣體清單指南目錄 第 4 卷 12.1中描述，由于生物質在農林和土地利用部門AFOLU中被考慮在內，因此在能源部門中，為能源的燃燒生物質所產生的二氧化碳釋放不納入能源部門總排放。(不過，為了QA/QC 目的，將生物燃料產生的二氧化碳排放報告為備忘條目)。用于能源的生物質產品產生的甲烷和其他氣體排放納入能源部門[3]。
根據ISO 14067附錄E.3.生物質體內的碳可以視為從大氣中移除的碳，則燃燒或使用過程后對CFP的凈貢獻可為零：即植物從大氣中吸收CO2后，一部分用于自身凈生長，另一部分通過凋落物、枯死木或根系分泌有機質等形式將碳轉移進土壤碳庫。而燃燒過程則是將植物體的碳重新釋放回大氣。如果土壤碳庫保持動態平衡，則實際吸收→燃燒這一過程相當于CO2經過植物這一介質重新回到大氣中，實際對CFP貢獻為零[1]。
2.2 生物質材料
生物質材料，例如甘蔗渣、麥麩經過加工后可制成植物基包裝。包裝可通過回收、再加工實現循環利用。當無法再次利用后，可通過完全燃燒將已固定CO2釋放會大氣，也可通過掩埋、微生物分解等方式將含碳有機物固定在非大氣碳庫中。
核算公式為：
E2.2 = EFuel + EElec+ ERec – ΔCC-Pool
生物質材料排放 = 化石燃料消耗 + 購入電力 + 循環利用過程排放 – 非大氣碳庫變化
對于植物基材料，能否產生碳匯的關鍵是最終產物是否能穩定存留于土壤或其他碳庫中。如果植物基材料易于分解，應參照IPCC國家溫室氣體清單指南 第 4 卷 農業、林業和其他土地利用 中第5章 農地章節計算是否產生碳匯;如果植物基材料不易分解，可于常規條件下穩定儲存，可參照 第12章 采伐的木材產品(HWP)進行計算。
2.3植物源生物質產品碳足跡情況綜述
ISO 14067 附錄E.3規定：“……對于來自生物質的產品，碳儲存量計算為植物生長期間的碳去除量以及隨后的排放量(如果生物碳在使用或壽命結束階段釋放)。如果從大氣中去除的碳包含在系統邊界內，則生物碳流入和流出生物質衍生材料(這些材料在壽命結束時燃燒)將導致對 CFP 的凈貢獻為零…..如果產品作為報廢場景進行再利用或回收，當生物碳流轉移到后續產品系統時，這也可能導致對 CFP 的凈貢獻為零。……[1]”
碳足跡指產品系統中，總共的GHG排放量和移除量。如果在其全生命周期中，從大氣中移除的溫室氣體多于其排放的溫室氣體，則該生物質產品應認定為負碳產品。生物質可以理解為，植物從大氣中移除了碳，轉移進了自身生物體內以及土壤碳庫中，使用階段會將自身體內的碳重新釋放回大氣中，即碳移除=土壤碳庫增加+儲存于生物體內的碳。因此如果將生長過程中從大氣中移除的碳計算入CFP，則使用階段與廢棄物處理階段需要計算釋放量;反之未在生長過程計算，則使用與廢棄物處理階段亦不需考慮，但無論哪種情況都需要考慮土壤碳庫的變化。
此外，生物質產品需要考慮到碳排放在生物體內分配的問題，即生物體不同組織應歸類為不同的產品，除非完整的植株可以統一進入后續階段，以此來避免重復計算碳移除。
總而言之，如果希望通過生物質產品實現碳移除，并可宣傳零碳或負碳產品，在技術層面目前較為普遍且現實的做法為轉移大氣中的碳并封存于土壤碳庫中，即如何通過土地利用、森林管理與農田管理實現土壤碳匯增加，并在廢棄物處理階段可以有效捕獲CO2.避免釋放到大氣中。
三、農林和其他土地利用部門溫室氣體排放、分配和清除概述
AFOLU部門據估算占總排放量18.4%[5]。基于生態系統碳庫變化，對每種土地利用類別的CO2排放和清除進行估算(其余溫室氣體應根據特定氣體和源類別的排放因子轉化為等效CO2)，核算公式為：
ΔCAFOLU = ΔCFL + ΔCCL + ΔCGL + ΔCWL + ΔCSL + ΔCOL
AFOLU部門 = 林地 + 農田 + 草地 + 濕地 + 聚居地 + 其他土地
在農林和其他土地利用部門內 CO2 排放量和清除量的估算通常基于生態系統碳庫的變化。
這些包括地上部(AB)和地下部生物量(BB)、死有機物質(即死木DW和枯枝落葉LI)和土壤有機質SO，采伐的木材產品HPW(此碳庫作為一種附加池)。以所有池變化的總和，表示某種土地利用類別中一個層的年度碳庫變化的核算公式為：
ΔCLUi = ΔCAB + ΔCBB + ΔCDW + ΔCLI + ΔCSO + ΔCHWP
其中ΔCLUi 為某種土地利用類別中的一個層的碳變化 = 地上部 + 地下部 + 死木 +枯枝落葉凋落物 + 土壤有機質 + 采伐的木頭產品。
用生態系統碳庫總量的凈損失來估算進入大氣中的 CO2排放量，用生態系統碳庫總量的凈增加來估算大氣中的 CO2清除量。必要時可以考慮池間的轉移。直接通過清單方法或過程模式可以估算碳庫變化。每種碳庫或池可存在于任意土地利用類別中，因而涉及到具體情況需要具體分析。此外，碳庫或池的損失可能為非CO2氣體的排放，如甲烷、一氧化二氮、一氧化碳、非甲烷揮發性有機碳和其他氣體。不同溫室氣體需要用不用的核算方法，并統一轉化為等量的二氧化碳排放。
此外，在具體核算時也應考慮除去連續過程(即植物生長，衰減等)外的離散事件(即擾亂，例如砍伐、火災、蟲害、動物遷徙、土地利用改變等)。根據IPCC指南，擾亂應統一在發生時便將未來預期產生的排放一并計算，而不是在后期分配至每年的排放中。具體核算也需要根據具體用地情況進行分析。
總之，AFOLU部門的碳排放主要通過土地利用變化碳庫變化來核算碳排放量。土地利用變化是指森林等自然生態系統被轉化為農業、城市化或其他人類活動所需的土地，這會導致土壤碳庫的損失，同時釋放大量的溫室氣體。而碳庫變化則是指通過林業活動或其他對土壤碳庫的影響。最后通過精確測算土地利用變化和森林碳庫變化對溫室氣體排放的貢獻，可以準確評估和監測AFOLU部門的碳排放情況，為制定有效的減排政策和措施提供科學依據。
參考文獻：
[1] ISO 14067:2018 Greenhouse gases — Carbon footprint of products — Requirements and guidelines for quantification
[2] RB/T095-2022農作物溫室氣體排放核算指南
[3] 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Vol.4 Agriculture, Forestry and Other Land Use
[4] RBT 175-2018 生物質能可持續性認證要求
[5] World Greenhouse Gas Emissions: 2016. Climate Watch, the world resources institute
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