大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排估算

发展秸秆沼气工程可有效地减少农业温室气体排放,科学核算温室气体减排量为管理和监督温室气体排放状况提供数据支撑。该文以河北省沧州市耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程为研究对象,参考和借鉴了自愿减排项目方法学、CDM方法学,构建了大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排计量方法,包括项目边界、基准线排放量、项目排放量、泄漏量、减排量5个方面,计算了2014年耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排量。研究结果表明:项目基准排放量包括秸秆处理产生的温室气体排放、未建秸秆沼气工程情况下农村居民生活用能及农田施用化肥生产耗能产生的温室气体排放。项目排放量包括秸秆与沼肥运输过程耗能排放、工程运行过程耗能排放及沼气处理温室气体排放,项目泄漏量即沼气生产、储存、管网供气和利用过程中产生的因物理泄漏所造成的排放。2014年耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程基准线CO2排放量为5 776.15 t,项目排放量为57.53 t,泄漏量为136.59 t,减排量为5 582.03 t,约相当于2 100 t标准煤CO2排放量,每消耗1 t(干质量)秸秆可净减排3.56 t,每利用1 m3沼气可净减排11.50 kg。同时,在工程设计、管道设计、工程管理、工艺技术改良升级等方面提出了提升大型秸秆沼气工程温室气体减排能力的策略。     

农村户用沼气CDM项目温室气体减排潜力

该文以湖北恩施州农村户用沼气池项目为例,利用《联合国气候变化框架公约》清洁发展机制理事会批准的方法学AMS-III. R 和AMS-I.C,分析了农村户用沼气池建设减少温室气体排放的潜力。项目位于湖北省西南部的贫困地区,涉及8个县市的33 000个农户。研究表明：户用沼气池的建设既能减少目前粪便管理方式造成的CH4排放,又能充分利用可再生能源, 减少化石燃料的使用和减少CO2温室气体排放, 预计每个农户可实现温室气体减排 1.43～2.0 t二氧化碳当量,整个项目实现年减排温室气体 58 444 t二氧化碳当量。     

农业生物质能温室气体减排潜力

中国拥有丰富的农作物秸秆和畜禽粪污等农业废弃物资源。农业生物质能技术是促进农业废弃物资源有效利用的重要途径，既能够解决农业废弃物的环境污染问题、减少因焚烧或无序堆放排放温室气体，又能够替代化石能源减排CO2、提升土壤固碳能力，未来在"双碳"背景下发展潜力很大。该研究基于LCA全生命周期评价方法，研究8种不同生物质能技术的温室气体排放因子，核算农业生物质能转化与利用过程消耗能源的排放、抵扣化石能源减排、副产物土壤碳汇3个方面，并基于秸秆和畜禽粪污两大类农业废弃物资源禀赋及能源化利用潜力，预测3种不同情景下，农业生物质能替代化石能源的潜力，以及减排温室气体的贡献。结果表明，从减排因子看，热解炭气联产和规模化沼气/生物天然气技术的温室气体减排贡献最大。其次为成型燃料、捆烧供暖、生物质发电、炭化和燃料乙醇等技术，而户用沼气的减排贡献相对较小，8种不同生物质能技术的温室气体排放因子分别为-3.47、-3.20、-2.57、-2.63、-2.58、-2.48、-2.42 t/t（单位为标准CO2当量/标准煤当量）；基于现有政策及规划情景、技术水平提升情景、能源需求结构变化情景等3种不同情景下，评价农业生物质能对温室气体减排贡献潜力。结果显示，2030年农业生物质能替代化石能源潜力为6 490×104～7 664×104 t，温室气体减排贡献为1.97×108～2.34×108 t；2060年替代化石能源潜力为9 073×104～10 763×104 t，温室气体减排贡献为2.79×108～3.36×108 t。该研究为实现农业农村领域碳达峰碳中和目标提供数据支撑。     

长期定位双季稻田施用生物炭的温室气体减排生命周期评估

该文评估了双季稻田施用生物炭的温室气体排放和固碳及经济效益。采用生命周期（life cycle assessment,LCA）方法核算了生物炭原料收集与运输、生物炭生产、运输和撒播以及避免秸秆燃烧等过程中的温室气体排放和土壤碳储量;采用静态箱-气相色谱法监测了不同生物炭施入量在4 a 8个生育期的稻田CH4和N2O排放量;计算了不同生物炭施入量处理的净温室气体排放量和减排百分比。水稻生长季温室气体排放结果显示,CK处理（不添加生物炭）、BC1处理（5 t/hm2）、BC2处理（10 t/hm2）、BC3处理（20 t/hm2）的4 a田间温室气体排放总量分别为19.5、15.6、16.1、12.4 t/hm2,BC1、BC2和BC3处理相对CK处理的总减排百分比分别为19.70%、17.46%和36.40%。综合生物炭全生命周期各阶段温室气体排放,CK、BC1、BC2和BC3处理的4 a总净排放量分别为19.5、20.3、10.9、4.2 t/hm2,BC1处理的4a净排放相对CK处理增加4.3%,BC2和BC3处理的4 a净排放相对CK处理分别减少了44.0%、78.6%。3个生物炭用量中,生物炭施用量越低,经济效益越好。稻田施用生物炭能够降低其温室气体排放;全生命周期评估结果表明中量和高量生物炭能够起到减排效果,高量生物炭减排效果最好;经济效益分析结果表明随着生物炭施用量增加,经济效益降低。     

秸秆直燃发电供应链气体及颗粒污染物排放的生命周期评价

秸秆发电以其极好的环保效用和可再生能源利用引起各界关注,但是由于秸秆轻、薄、散的特性,导致在秸秆收集和运输的效率十分低下,从而会消耗大量石化燃料,排放出大量的气体及颗粒污染物,加之秸秆发电供应链的终端直燃发电也会排放一定污染物,必然会对其环保效用带来影响。该文依据生命周期评价方法,通过建立4个秸秆发电供应链场景,包含秸秆收集、打捆、运输存储、解包破碎以及最终发电等阶段,对其中机械及车辆石化燃料的消耗以及污染物的排放进行定量计算,发现4个秸秆发电供应链的污染物排放有较大差距,其中CO2相差1.2~2倍,CO相差1.4~5.4倍,NOX相差1.5~4.2倍,PM相差1.4~6.5倍。秸秆发电供应链环保效果与秸秆发电供应链中收集、预处理及运输存储模式有较大关系,预处理压缩环节、短距离农用车运输及压缩后道路运输距离是关键,这些因素的合理配置直接关系到秸秆发电供应链环保效用的高低。对秸秆发电供应链的整体排放以处理单位质量秸秆排放的污染气体和可吸入颗粒排放指数为标准,通过与秸秆露天燃烧和燃煤发电供应链对比分析,发现相对秸秆露天燃烧PM排放指数12.95 g/kg,秸秆发电供应链的PM排放指数为0.12 g/kg;相对燃煤发电供应链CO2排放指数1 010.1 g/kg,秸秆发电供应链的CO2排放指数为43.44 g/kg,在减少由露天焚烧秸秆造成的应急性雾霾天气和减少碳排放方面有积极作用。     

低碳技术在农作物秸秆利用中的应用

为了应对全球气候变化,各国均以减少二氧化碳排放为目标,积极发展低碳技术。中国作为农业大国,秸秆资源丰富且农作物秸秆开发利用技术已经得到一定的发展,秸秆综合利用可避免因秸秆露天焚烧造成的环境问题,有利于农田生态系统的稳定,有利于节能减排、防治污染、保护环境,促进循环经济发展与社会主义新农村建设。本文从农作物秸秆利用技术的3个主要方面入手,分析低碳技术在其中的应用,同时大力倡导开发农作物秸秆利用技术,减少温室气体排放,实现农业可持续发展。     

生物质颗粒燃料成型的黏弹性本构模型

为研究生物质颗粒成型燃料压缩成型机理,该文用玉米秸秆、花生壳、小麦秸秆、大豆秸秆、棉花秸秆、木屑等6种生物质原料,采用生物质颗粒燃料成型机进行压缩成型,研究生物质颗粒燃料压缩成型过程,采用黏弹性理论,建立生物质颗粒成型燃料的本构模型,从力学角度提出生物质颗粒成型燃料的压缩成型机理,并研究对比不同种类生物质原料压缩的最大应力与能耗.结果表明,6种生物质原料中棉杆和木屑的最大应力较高,其余4种原料略低;木屑的压缩能耗最高,其次为棉秆、花生壳和豆秸,小麦秸秆和玉米秸秆较小.该研究结论为解决生物质颗粒成型燃料成型加工能耗高,关键部件受力磨损导致寿命低等问题提供一定参考.     

中国生物质固体成型燃料CDM项目开发

为了促进中国生物质固体成型燃料CDM项目的开发,该文以北京市某生物质固体成型燃料生产厂为例,利用小规模方法学AMS.I.C“有无发电的用户热能利用”及其他相关方法学,通过确定项目边界、设定基准线情景和主要参数,进行生物质固体成型燃料小型CDM项目开发,并制定了监测计划.结果表明,年生产1万t生物质固体成型燃料厂,温室气体减排量为13 688.22t/a,减排潜力较大.这表明该领域进行CDM项目开发具有较好的可行性,对中国实现温室气体减排目标具有重要的意义.     

运用生命周期评价方法评估奶牛养殖系统温室气体排放量

准确评估奶牛养殖系统温室气体排放量是寻求有效减排措施和引导奶牛养殖业低碳发展的基础。该文应用生命周期评价方法,结合中国奶牛养殖业现状,建立了奶牛养殖系统温室气体排放量评估方法;并以此方法分析了西安郊区典型的规模化奶牛场的奶牛养殖系统温室气体排放特点和排放量。结果表明,该奶牛养殖系统主要的温室气体排放环节是奶牛肠道发酵CH4排放、饲料生产与加工、粪便贮存,其排放量分别占整个系统的48.86%、18.97%和16.39%。主要排放的温室气体是CH4、N2O,排放量分别占整个系统的55.56%和26.9%。该奶牛养殖系统每生产1kg按脂肪和蛋白质纠正的原奶(FPCT)的温室气体排放量(以CO2当量计)为1.52kg,低于全球平均的混合饲养模式原奶生产的排放量,而高于欧洲国家原奶生产的排放水平,说明减排潜力还很大。通过改善饲料、改进粪便管理模式和肥料田间管理等措施均能够减少单个环节的温室气体排放量,而不同措施对整个系统减排的贡献率还应通过生命周期评价方法进行分析。因此,建议开展不同减排措施下的生命周期评估,以获得对系统减排更有效的措施。     

玉米秸秆不同还田方式下麦田温室气体排放特征

为了探讨玉米秸秆不同还田方式对麦田温室气体排放的影响,通过田间试验,设玉米秸秆不还田(CK)、玉米秸秆直接还田(CS)、玉米秸秆过腹还田(CGS)和玉米秸秆转化为食用菌基质,出菇后菌渣还田(CMS)4个处理,利用静态箱-气相色谱法测定了玉米秸秆不同还田方式下,麦田温室气体(CO_2、N_2O和CH_4)的排放特征。结果表明:玉米秸秆不同还田方式下,麦田温室气体通量均具有明显的季节变化,且排放量不同。在小麦生长季,CO_2和N_2O均表现为排放,其排放量为CKCGSCSCMS;甲烷表现为吸收,其吸收量为CSCGSCKCMS,且不同处理间差异显著(P0.05)。从温室气体综合增温潜势(GWP)来看,在20、100年和500年3个时间尺度上,仅玉米秸秆不同还田方式这一环节,GWP均表现为:CSCGSCKCMS,也就是说秸秆直接还田,显著增加麦田温室气体的全球增温潜势,其次是玉米秸秆过腹还田方式,而秸秆-菌渣还田则降低了麦田温室气体的全球增温潜势。从减少温室气体排放角度,推荐秸秆-菌渣还田方式。该研究结果可为秸秆合理利用和温室气体减排提供基础数据。     

秸秆类生物质气炭联产全生命周期评价

为探究秸秆类生物质热解转化生物炭及热解气过程的能源转化过程的效率、经济性及温室气体排放,该文依据全生命周期评价分析原理,建立秸秆类生物质气炭联产全生命周期3E(economic,energy and environment)模型,对以玉米秸秆为原料的生物质气炭联产过程进行全生命周期分析,评价范围从作物种植到生物气炭产物的利用,系统分为玉米作物种植阶段、秸秆从田间到转化工厂的收储运阶段、生物质气炭转化阶段、生物质气炭应用阶段等4个阶段,并对比分析了横流移动床生物质气炭联产和竖流移动床生物质气炭联产2种工艺技术优劣。结果表明,横流移动床生物质气炭联产的净能量6 542.2 MJ/t,能量产出投入比为4.5,其中,居能源消费的前三位的是种植氮肥、种植农机油耗、热解电耗,分别占总能耗的30.8%、20.4%、17.2%;气炭联产转化的总成本319.4元/t,其中热解气炭转化阶段成本最高,约占总成本34.0%,产品收入567.6元/t,纯利润248.2元/t;能源消耗过程的温室气体CO_2当量排放量18.05 g/MJ,经生物炭还田固碳,CO_2当量减排量约为40 g/MJ。竖流移动床生物质气炭联产技术能源效益较横流略低,但经济效益较高,2种生物质热解气炭联产技术各具优势,可根据产品应用特点选择最适宜的转化工艺方案。2种气炭联产技术具有一定的经济效益,而且均有较大的节能、减少温室气体排放的效益,具有一定的推广应用价值。     

基于LCA的秸秆沼气集中供气工程环境影响评价

为进一步研究秸秆沼气工程生命周期的环境影响,采用生命周期评价方法对秸秆沼气集中供气利用模式的环境影响进行分析,系统比较沼气系统不同单元的环境影响。将秸秆沼气工程建设单元的物质和能量投入及其环境排放纳入生命周期边界,以河南省安阳县西街村秸秆沼气工程为例进行实证分析,对秸秆沼气集中供气工程建设单元、运行单元和产物利用单元进行清单分析和环境影响评价。结果表明,该沼气工程运行1 a产出13.60万m~3沼气,系统环境影响综合值为129.94标准人当量。从沼气系统各阶段看,沼气工程建设单元、运行单元和产物利用单元的环境影响潜值分别占沼气系统生命周期环境影响的65.62%、32.76%和1.62%。从能源替代角度看,该秸秆沼气集中供气工程替代煤炭的全球环境影响负荷为–132.48标准人当量。与煤炭作为炊事用能相比,该沼气工程的环境影响负荷可降低50.50%,秸秆沼气作为可再生的清洁能源可以有效替代煤炭燃烧从而改善环境质量。沼气工程建设阶段的环境影响对秸秆沼气集中供气系统总环境影响的贡献最大,而产物利用阶段环境排放影响最小。秸秆沼气工程运行单元的煤炭增温和电力消耗是影响沼气工程环境排放的重要因素,选择低碳环保的沼气增保温方式和降低工程运行电耗是未来秸秆沼气集中供气工程工艺改进的重要内容。     

农村垃圾厌氧-准好氧时空联合生物反应器中微生物群落分析

生物反应器是处理农村中小型固体废物的有效技术，该研究以时空联合型厌氧-准好氧生物反应器（STASAB）为研究对象，利用16S rRNA高通量测序分析了STASAB中的微生物群落，以期为该反应器的高效运行提供理论依据。结果表明，各生物反应器处理单元中的优势菌门为Proteobacteria(18.5%~26.6%)、Firmicutes(14.9%~26.6%)、Chloroflexi(6.6%~25.2%)、Bacteroidetes(8.2%~24.0%)、Actinobacteria(6.9%~13.8%)。C3处理单元在厌氧阶段中的优势菌属为Lentimicrobiume、vadinBC27_wastewater-sludge_group、Treponema_2、norank_f_Synergistaceae（产甲烷菌）等。在STASAB各处理单元（C1、C2、C3）中发现了硝化细菌Deinococcus-Thermus以及大量的反硝化细菌norank_f_Anaerolineaceae、unclassified_o_Rhizobiales、Hyphomicrobiu、AKYG587、Bacillus、norank_f_Caldilineaceae等。Venn图与PCA分析显示C1、C2具有相似的微生物群落结构，C3中的特有菌属显著高于其它反应器；RDA分析表明C1、C2（STASAB）中的微生物群落具有更高的稳定性，不易受到外界环境因素的影响。因此，STASAB的空间布局和运行方式能够有效发挥厌氧和准好氧生物反应器的优势，高效促进产甲烷菌、硝化菌和反硝化菌的共存和生长代谢，实现农村生活垃圾的快速降解。     

大豆油和地沟油制备生物柴油生命周期评价

该研究应用生命周期评价方法，以大豆油和地沟油分别制备1 t生物柴油为研究对象，计算生物柴油全生命周期过程中的能源消耗和周期排放，结果表明：以大豆油为原料制备生物柴油全生命周期总能耗约为地沟油的2.65倍，且以地沟油为原料制备生物柴油过程中CO2、SO2、NOx、CO和粉尘各项排放与大豆油为原料时相比分别降低了82.92%、45.68%、94.91%、53.40%和90.61%。通过对制备生物柴油生命周期排放的废气和废物对环境造成的影响进行量化分析，结果表明以大豆油为原料时生命周期环境影响潜值约为地沟油的11.70倍，其数值分别为8.42和0.72，大豆油制备生物柴油过程中对环境的影响主要是全球性的变暖，地沟油制备生物柴油过程中对环境的影响主要是地区性的酸化。     

可持续发展目标下农作物秸秆收集运输的碳减排优化分析

在可持续发展目标下,加强农作物秸秆的回收利用是解决农村地区资源浪费和环境污染问题的重要途径。该研究以在方形区域收集秸秆的生物质电厂收集运输系统为研究对象,着重从碳减排视角构建秸秆收集运输模型,优化求解运输排放外部成本最小的收储点个数与回收距离。通过与不同收集系统的对比分析,综合评价所建系统在经济、环境、效率方面的优势以及与可持续发展目标的联系,提出推动秸秆资源低碳回收和高效利用的政策建议。基于河北省统计数据的研究结果显示：河北省秸秆资源丰富,绝大部分地区已具备良好的收集条件,仅廊坊、沧州、唐山的资源供需匹配度较低;所建系统在电厂外围安置12个收储点,没有收集盲区,避免了资源浪费,收集效率提高18.75%,碳排放外部成本减少83.98%,环境问题得到有效控制;此外,该系统还为环境保护、减少贫困、公共卫生和资源利用相关的10个可持续发展目标提供了多维度支撑。该研究设计的高效收集运输系统,提供了生物质能开发的低碳路径,对进一步构建农村生物质循环供能的闭环供应链一体化系统工程、推动农村地区的农业现代化和可持续能源发展,具有十分重要的理论和现实意义。     

华北平原地区玉米秸秆连续供应模型的建立及应用

为保证秸秆连续稳定的供应,提高秸秆资源利用率,该文建立了基于秸秆田间收集-秸秆集中存储-秸秆利用的连续供应模型,并以华北平原地区（山东肥城）为例,确定了秸秆收储站的选址与数量,并分析了田间收集、初级运输、收储站存储、次级运输和原料装卸等5个环节的成本和能耗。结果表明,收集肥城市10万t玉米秸秆应用点的最优选址地理坐标为（N116.741,E36.069）,运用层次分析法确定收储站的优化选址与数量,拟建立10个收储站,秸秆供应成本约为169.14元/t,其中,按秸秆供应环节分析,收集成本和运输成本占比较高,分别占总成本的55%和23%;按运行成本分析,秸秆收购成本、人工成本以及燃料动力费占比较高,分别占总成本的41.39%、30.14%、25.90%。秸秆供应总能耗为186 MJ/t,其中,运输和打捆环节燃油能耗较高,分别占总能耗的45%和34%。该文建立的秸秆供应模型,对指导中国不同地区建立合理的秸秆供应模型提供参考,为秸秆综合利用过程中的原料持续稳定供应,节约供应成本和能耗具有积极的指导意义。     

基于LCA的不同间作体系产量优势及温室效应研究

为了探究间作体系对农田生态系统温室效应和产量优势的影响,本文选用小麦/蚕豆和玉米/马铃薯间作种植体系,通过为期2年的田间小区试验,采用生命周期评价法(LCA),以小麦/蚕豆间作和小麦单作、玉米/马铃薯间作和玉米单作为研究对象,以生产1 000kg作物为评价的功能单元,建立农资系统和农作系统生命周期资源消耗以及温室气体排放清单,研究了不同种植体系的作物产量、全球增温潜势和能源消耗等指标的差异。结果表明:与单作小麦相比,间作小麦两年的产量分别增加18.04%和39.94%;与单作玉米相比,间作玉米的产量分别增加2.65%和23.16%;小麦/蚕豆间作系统两年平均增幅高于玉米/马铃薯间作系统。小麦/蚕豆间作的土地当量比两年均大于1,玉米/马铃薯间作的土地当量比仅有1年大于1。与单作小麦相比,两年间作小麦的全球变暖潜值分别降低15.28%和28.53%,能源消耗分别减少15.29%和28.53%;与单作玉米相比,间作玉米的全球变暖潜值分别降低2.61%和19.05%,能源消耗分别减少2.61%和18.83%。小麦/蚕豆间作的间作产量优势优于玉米/马铃薯,但玉米/马铃薯间作的增温潜势低于小麦/蚕豆间作。合理间作具有显著增产效应,同时可以降低温室效应以及能源消耗,以更低环境代价获得作物高产高效。