道路建设期碳排放核算方法与减排技术综述

1道路建设阶段碳排放核算方法1.1基于清单的碳排放核算方法该方法一般利用IPCC清单数据和相关部门提供的不同能源材料及施工器械的碳排放因子乘以相应的能源材料及施工器械用量而得出碳排放量，基于碳排放清单的核算方法大体可分为两类。一种是宏观层面的“自上而下”核算方法。根据Schipper（2000）提出的“活动-密度-油耗”的思想，以IPCC的《国家温室气体清单指南》为代表，通过对不同的碳排放源进行分类计算，其计算公式为：式中，Q为碳排放总量，kg；Mi为第i种燃料的消耗总量，t；Ni为第i种燃料的碳排放因子，kg/t；i为城市交通燃料类型。另一种是“自下而上”碳排放核算方法，根据不同建设工序的工程量乘以相应的碳排放系数，计算道路建设期的碳排放总量。碳排放因子的获取查询途径如表1所示。1.2基于投入产出的碳排放核算方法该方法通过研究经济系统中不同部分之间在投入与产出方面经济数量关系来分析碳排放量。投入产出法从不同工程项目的投入产出角度进行考虑，借助Leontief逆矩阵，计算出所有工程项目的直接及间接碳排放量。基于投入产出的碳排放核算方法形式如表2所示。1.3基于全生命周期的碳排放核算方法全生命周期评价是一种综合考虑资源、能源消耗与环境影响的核算方法。城市道路碳排放测算可通过道路建设阶段结构化，按照不同层级将整个城市道路建设阶段划分为相互独立的单元过程，通过对不同单元过程的碳排放测算获得碳排放总量。城市道路工程建设阶段建模思路图单元过程碳排放由材料生产、场外加工、材料运送和现场施工四部分构成，不同阶段碳排放计算方法如下。1.3.1材料生产阶段材料生产阶段的排放主要取决于建设材料碳排放因子和材料的用量，计算公式如下：式中，E1为材料生产阶段碳排放量；i为基础设施工程种类；j为分部工程种类；k为分项工程种类；m为材料种类；Q为材料的使用量；fm为材料生产阶段碳排放系数。1.3.2材料场外加工阶段材料场外加工阶段的碳排放总量主要取决于场外加工机械设备的总使用时间及使用设备类型。计算模型如下：式中，E2为场外加工阶段碳排放量；h为场外加工设备类型；r为燃料类型；Q为机械设备的总使用时间；P为燃料或能源类型的消耗量；fr为第r种燃料碳排放系数。1.3.3材料运送阶段材料运送阶段碳排放主要取决于运输车辆的工作时间、车辆类型及消耗能源的类型等。其计算模型如下：式中，E3为材料运送阶段碳排放量；t为车辆类型。1.3.4施工阶段施工阶段的碳排放主要取决于现场施工机具总工作时间、施工机具的类型及施工车辆的工作时间等。其计算模型如下：式中，E4为施工阶段碳排放量；S为施工机具类型。2不同路面类型碳减排技术2.1道路减排材料2.1.1橡胶沥青技术废旧橡胶作为一种极难天然降解的高分子弹性材料，具有出色的弹性与黏性性质，将废旧轮胎加工而成的橡胶粉应用于道路沥青改性技术，既可以减少废轮胎填埋所造成的环境污染，又降低了改性沥青的生产成本，同时也提升了沥青路面的路用性能与寿命。橡胶沥青的生产工艺图虽然橡胶沥青技术已经实现了废旧物利用、节约原材料及延长路面寿命等绿色功能目标，但其生产制备往往需要高于普通沥青的拌和与摊铺温度，从而增加了道路建设期的碳排放。近年来，相关学者开始尝试将橡胶沥青与温拌沥青技术相结合，从而实现环境友好型路面新材料的设计理念。针对温拌橡胶沥青的环境效益，有关学者的研究表明温拌降黏剂可显著降低橡胶沥青材料生产过程中有害物质的排放；也有学者发现温拌沥青技术虽然会增加前期成本投入，却能极大地减少橡胶沥青生产和施工过程中的碳排放，具有较高的环境效益。2.1.2生物沥青技术生物质作为一种新型绿色的环保材料，其来源和分布非常广泛，诸如植物秸秆、木材树皮以及家畜粪便等。目前，大多数生物沥青研究将不同生物质来源的生物质重油按照一定比例替代普通石油沥青用于沥青路面材料制备，对比研究发现不同种类生物沥青材料的路用性能存在明显差异的技术优势或缺点，需针对性地进行材料设计和性能优化，同时可尝试将生物沥青技术与改性沥青、温拌沥青及再生沥青等新技术融合应用于绿色低碳道路工程建设养护技术领域。在生物沥青环境效益评价方面，相关学者采用生命周期评价研究方法，对比了10%家畜粪便生物油改性沥青与传统石油沥青的环境效益差异，发现生物沥青在温室气体排放和能耗两方面都更具有优势；也有学者对比了2种不同类型的生物沥青路面新技术，其中还包含了再生沥青路面材料的使用，发现2种生物沥青新材料的应用均能有效减少路面施工建设期对施工人员健康的影响。此外，有关学者发现添加生物沥青改性剂可以显著改善沥青的低温性能且使沥青在可相对较低温度下进行拌和压实，从而降低了沥青路面的建设和能耗成本。2.2道路减排工艺2.2.1温拌沥青技术温拌沥青技术是通过一定的绿色环保措施，使沥青在较低的温度下拌和施工的一种技术。在我国，主要采用的技术为基于乳化平台的温拌技术。温拌技术示意图其作用机理为：热沥青、表面活性添加剂，以及水在拌和过程中共同作用、彼此交织，形成稳定不受温度影响的结构性水膜来实现温拌效果。现有研究表明，温拌沥青混合料相比于热拌沥青混合料，可有效节约燃油消耗20%以上，温室气体量可减少50%以上。表3为国家环境测试中心的排放检测结果对比。2.2.2路面再生技术路面再生技术是针对废弃的旧沥青混凝土路面，借助于专用再生设备实施回收、翻挖、破碎、筛分等工序，重新拌和生成路用性能更好的再生沥青混合料。路面再生技术框架图有关学者发现原材料生产占据了沥青路面生命周期能耗与排放的大部分，而当RAP材料掺量增至30%~50%时，每千米沥青路面