工業大氣污染物與碳排放協同控制效果研究—以一個工業城市為例

代海濤，周 純，王 培，莫小雨

（上海建科集團股份有限公司，上海 200030）

引 言

我國在推進“碳達峰、碳中和”行動的同時，也面臨著持續改善空氣質量的壓力。第二次全國污染物普查結果顯示，2017年工業源大氣污染物二氧化硫排放量為529.08萬噸，氮氧化物排放量為645.90萬噸，顆粒物排放量為1 270.50萬噸，揮發性有機物排放量為481.66萬噸，分別約占全國排放量的75.98%、36.18%、75.44%和47.34%，是最主要的排放源[1]。同年度工業能源消費總量占全國能源消費總量的64.8%，是溫室氣體的主要來源[2]。工業領域大氣污染物和二氧化碳具有同根同源同時性，協同減排潛力巨大，且能有力推動區域綠色轉型[3]。針對溫室氣體和大氣污染物協同控制，部分學者研究了京津冀等重點城市不同碳達峰情景下的CO2和大氣污染物減排潛力以及協同效應[4-5]，但研究多以模擬預測為主，缺少對歷史數據的回顧分析，得到的結果往往只能用作參考[6]。

本研究結合歷史數據，針對長三角工業城市滁州市開展溫室氣體和大氣污染物協同控制的研究，探討影響工業溫室氣體和大氣污染物減排的主要因素。本研究的結果對于滁州市應對氣候變化，實現綠色、低碳、循環發展，建設工業領域生態文明，打好污染防治攻堅戰具有重要的科學意義。

1 材料與方法

1.1 數據收集與分析

本研究以滁州市工業為研究對象開展案例研究，研究2011-2020年工業大氣污染物NOx、SO2、顆粒物和CO2的歷史變化趨勢。2011-2020年 滁州市人口和經濟數據見《滁州統計年 鑒》。GDP和工業增加值是以2010年為基期的GDP可比價計算獲得。本研究中滁州市工業大氣污染物NOx、SO2、顆粒物排放總量見《滁州統計年鑒》，本文參考《中華人民共和國環境保護稅法》所附《應稅污染物和當量值表》的大氣污染物當量值，將NOx、SO2和顆粒物三種大氣污染物排放量轉化為當量數（AP），三種污染物當量值分別為0.95、0.95和2.18。

1.2 碳排放總量及強度

滁州市工業能源消費總量、分品種能源消費量來源于《滁州市統計年鑒》，參考《省級溫室氣體編制清單指南》計算滁州市工業能源消耗引起的碳排放總量，計算公式如式（1）：

其中，i代表不同能源類型；FC代表第i種能源的消耗量（單位：104t或者108m3）；NCV是第i種能源的平均低位熱值（單位：kJ/kg）；CC是第i種能源的單位熱值含碳量（單位：TC/TJ）；OF是碳氧化率。不同能源的NCV、CC、OF排放因子參考《省級溫室氣體編制清單指南》推薦排 放因子。

水泥生產過程碳排放計算公式如式（2）：

其中，AD是扣除電石渣生產的熟料產量后的水泥熟料產量，EF是水泥生產過程平均排放因子，采用《省級溫室氣體編制清單指南》推薦排放因子0.538噸二氧化碳/噸熟料。

1.3 LMDI分解

對數平均迪氏指數分解法（Logarithmic Mean Divisia Index method,LMDI）分解不含殘差項，且允許數據包含零值，并廣泛運用在能源相關研究中[6]。利用LMDI方法對滁州工業排放大氣污染物當量數變化的影響因素進行分析。

滁州工業大氣污染物排放當量可用式（3）：

AP表示工業大氣污染物排放當量數；C表示工業二氧化碳排放量；E表示滁州市工業化石能源消耗量；GDPins表示滁州市工業增加值；GDP是滁州市生產總值；P是滁州總人口；APOC為工業單位二氧化碳排放產生的大氣污染物當量數，表示協同減排的量化關系；EM為工業能源碳排放強度；EI表示能源強度；IL表示城市工業GDP占比；AG是滁州市人均GDP；P是城市總人口。

設定基期到t期的變化量為ΔAP，利用LMDI對其進行分解，得到式（4）：

ΔAPAPOC反映協同減排效果及碳排放對大氣污染物排放的影響；ΔAPEM反映能源排放強度效應，反映能源結構變動對大氣污染物排放的影響；ΔAPEI反映能源強度變動對大氣污染物排放的影響；ΔAPIL反映工業GDP占比對大氣污染物排放的影響；ΔAPGDP反映經濟發展狀況對大氣污染物排放的影響；ΔAPP反映人口變動對大氣污染物排放的影響。

2 結果與討論

2.1 滁州市工業大氣污染物和碳排放變化趨勢

滁州市工業2011-2020年AP、NOx、SO2、顆粒物和CO2歷史排放量如圖1所示。總體來看，NOx、SO2和顆粒物三種污染物以及污染物當量數總體呈現先增長后下降的趨勢，這主要受工業發展和排放控制等方面的共同影響。2011-2014年，滁州市經濟發展迅速，新增一批水泥、電力和玻璃等污染較重的行業，導致工業排放的NOx、SO2、顆粒物，整體呈現逐年增加的趨勢。2014年SO2和顆粒物排放量達到峰值，分別為20 525噸和43 899噸。NOx峰值出現的相對滯后，2016年達到峰值為26 705噸。2014-2020年，滁州市加大對SO2和顆粒物排放的控制力度，新增一批脫硫裝置及除塵裝置。尤其是2016年，隨著“十三五”對大氣污染物的控制力度進一步加大，SO2和顆粒物排放量出現顯著降低，相比于上一年，SO2和顆粒物下降幅度達到39%和68%。滁州市對NOx的控制相比于對SO2和顆粒物的控制略有延遲，根據滁州市“十三五”規劃中期評估報告，滁州市2017年基本完成全市燃煤小鍋爐淘汰工作，顯著降低了NOx排放，相比于2016年下降幅度達39%。

圖1 滁州市工業大氣污染物和二氧化碳排放量（2011-2020）

與污染物排放趨勢不同，2011-2022年，滁州市工業CO2排放呈現逐年上升的趨勢。2011-2014年滁州市工業快速發展，工業用能快速增加，導致工業CO2排放量快速增長。由圖1可以看出，2014-2020年，滁州市嚴格執行能源消費總量和強度雙控制，大力優化能源消費結構，促進傳統行業節能改造，工業能耗增速放緩，使得CO2排放量增速放緩。相比于2014年，2020年工業CO2排放增加了10.2%。

滁州市工業NOx、SO2和顆粒物的排放趨勢與能源消耗量存在聯系，滁州市工業三種大氣污染物主要來自化學原料和化學制品制造業，非金屬礦物制品業以及電力、熱力生產和供應業，這三個行業都是能源密集行業，因此滁州市工業大氣污染物和CO2具有同源性。滁州市工業能源消耗量呈現逐年增加的趨勢，這一趨勢與2014-2020年SO2和顆粒物的變化趨勢及2016-2020年NOx排放變化趨勢相反，這主要歸功于這些時期對SO2、顆粒物和NOx排放的嚴格控制。

2.2 滁州市工業大氣污染物LMDI分解結果與討論

由圖2可以看出，滁州市工業排放的大氣污染物增加主要受經濟發展的影響，2011-2020年，經濟發展因素引起的大氣污染物排放當量數年均增長幅度為30.97千噸；相對的，滁州市工業大氣污染物排放當量數降低主要受碳排放協同效應的影響，碳排放協同效應有巨大的大氣污染物減排潛力。2011-2020年，年均下降幅度為31.66千噸，這說明降低單位CO2排放的大氣污染物排放當量數是滁州市工業大氣污染物減排的有效途徑，應當大力發掘CO2和大氣污染物之間的協同減排潛力。能源強度效應是滁州市工業大氣污染物當量數降低的次要原因，2011-2020年，能源強度變化導致大氣污染物當量數年均下降18.01千噸，說明能源效率的提升能夠顯著降低大氣污染物的排放量。2011-2020年，能源碳排放強度效應引起的大氣污染物變化量除2020年外均為正值，年均貢獻值為5.79千噸。這說明能源排放強度對滁州市工業大氣污染物排放有正向影響，這是因為滁州市工業用能以火電、煤炭以及石油為主，三者都具有高碳排放、高污染的特征，而且相比于2011年，2012-2020年，滁州市工業快速發展，能源消耗量增加，對火電、煤炭依賴性增加，導致能源碳排放增加，大氣污染物排放增加。城市工業GDP占比在2012-2014年間為正，2015-2020年間為負，總體上看，城市工業GDP占比下降導致了工業大氣污染物排放當量數的降低，其年均貢獻值為-1.31千噸，說明工業在國民經濟中占比的下降對工業大氣污染物排放產生微弱的負向影響。人口效應引起的大氣污染物排放當量數變化為正，年均貢獻值為0.47千噸，說明人口規模的擴大將促進工業大氣污染物排放增加。這是由于人口規模擴大勢必帶動一系列生產活動，增加能源需求，從而增加對環境的壓力，導致工業大氣污染物排放的增加。

總體來看，經濟發展效應、能源強度效應、碳排放協同效應作用顯著，而工業GDP占比、能源排放強度與人口效應的影響微弱。由圖2可以看出，2011-2020年，能源排放強度影響和工業GDP占比的影響有正有負，經濟發展與人口因素對大氣污染物的排放量變化作用為正，碳排放協同效應與能源強度效應有利于降低大氣污染物排放量，其中，碳排放協同效應是大氣污染物排放量降低的最主要因素。因此，降低單位二氧化碳大氣污染物排放量，促進CO2和大氣污染物協同減排是降低大氣污染物排放量的最有效途徑。

圖2 不同因素對滁州市工業大氣污染物排放的貢獻（2012-2020）

3 結論

本文對滁州市2011-2020年的碳排放歷史數據進行了回顧，采用LMDI研究工業大氣污染物和CO2排放的協同控制，確定滁州市工業大氣污染物的關鍵控制因素。結果表明，經濟發展是導致滁州市工業大氣污染物增加的最重要因素，工業大氣污染物及碳協同減排和降低單位GDP能耗強度是工業大氣污染物減少的主要因素。滁州市需要嚴格設置制造業的高準入門檻，以實現工業減污降碳協同增效。