分布式秸秆能源化利用系统全生命周期碳平衡研究

Whether it can reduce carbon emissions in processes of crops straw utilized for energy has been experiencing intense disputation in recent years. In this study, the carbon emissions intensities of distributed crops straw-derived energy system will be analyzed by methods of experimental analysis, spot investigation, IPCC estimation and expert advice, which included the crops straw use ways of compressing and molding, centralized anaerobic fermentation and centralized gasification for heating. And the carbon emissions and absorption model (CEA Model) also will be constructed based on the full life cycle assessment for analyzing the carbon balance of distributed crops straw-derived energy system. And lastly, the comparison analysis of carbon emission reduction effect will be carried among the three systems based on scenario analysis method. These results will be a scientific proof and theoretical reference for predicting greenhouse gas emission reductions by crops straw utilized for energy with large scale, and also can offer a decision-making reference for strategic planning of crops straw-derived energy industrial development.

秸秆是生物能源生产的主要原料，其能源化利用是否具有碳减排功能是一个备受争议的话题。本研究分别以压缩成型、集中厌氧发酵、热解气化供热等分布式秸秆能源化利用技术路线为研究对象，基于实验分析、实地调研、分析计算以及专家咨询等方法分析确定秸秆能源化利用系统生命周期环节的碳排放系数，构建基于全生命周期理论的秸秆能源化利用系统的碳排放-吸收模型（CEA Model），揭示分布式秸秆能源化利用系统全生命周期的碳平衡状态，基于情景分析法对比分析不同秸秆能源化利用系统的碳减排效应，为秸秆大规模能源化利用温室气体减排的预测分析提供科学依据和理论参考，为秸秆能源化利用的战略布局提供决策参考。

为探讨分布式秸秆能源化利用系统全生命周期的碳平衡状态，本项目以压缩成型、集中厌氧发酵、热解气化供热、生物发酵制备乙醇等秸秆能源化利用系统为研究对象，通过实验分析、实地调研和专家咨询等相结合的方法，分析确定秸秆能源化利用系统的碳排放系数，分析讨论秸秆能源化利用过程的碳平衡状态，评价不同秸秆能源化利用方式的碳减排效应。研究结果表明：.1）30年来中国农业废弃物资源整体呈阶段式增长趋势，包括1978-1999年快速增长、2000-2003年突然下降和2004-2011年缓慢增长。在区域分布方面，整体形成“华北-东北-内蒙古资源丰富区、中南-西南资源一般区和西北-西南-东南沿海资源不足区”的格局，主要是由区域气候条件差异和农业发展南北调整战略综合所致。.2）综合秸秆还田、牲畜饲养和造纸等行业的发展现状与未来趋势，我国可能源化利用的秸秆资源比重约为35%～40%，适宜能源化利用的资源量可达到46%左右。.3）玉米秸秆燃料乙醇生命周期过程中CO2排放主要集中在玉米种植和乙醇生产阶段，总能量排放6.013tCO2eq/t乙醇。.4）1吨成型燃料生命周期温室气体排放约为2.59～3.93t CO2e，压缩成型、燃烧利用、原料运输和灰烬处理等过程对压缩成型燃料生命周期环境影响的贡献值较大。.5）1MJ沼气生命周期温室气体排放量为0.921kgCO2eq，主要集中在沼气生产阶段；1MJ秸秆气化气生命周期温室气体排放量为0.68 kgCO2eq，主要集中在秸秆气化阶段。.6）在四种利用方式中，秸秆乙醇具有较低的排放系数和较强的单位产品原料固碳能力，气化气和成型燃料次之，秸秆沼气的碳排放系数最高。综合考虑生产过程的碳排放系数、原料固碳能力、产品燃烧排放以及替代燃料的减排效应等因素，乙醇碳平衡状态为负（-0.14kg/MJ），即燃料乙醇在其生命周期系统内具有很好的减碳效应，其他三种能源产品碳平衡状态为正(分别为0.66 kg/MJ、0.44 kg/MJ和0.15 kg/MJ)，即生命周期吸碳系统内仍具有增碳效应。.通过上述研究，本项目完成不同秸秆能源化利用系统全生命周期的碳平衡状态和碳减排效应的系统分析，为科学预测秸秆能源规模化发展的碳减排效应提供理论依据。