【期刊】清洁生产潜力

1 清洁生产减排潜力清洁生产减排潜力分析方法研究分析方法研究 谢明辉 乔琦 孙启宏 中国环境科学研究院 国家环境保护生态工业重点实验室 北京 摘摘 要要 分析了目前清洁生产减排潜力分析的四种方法 即效益分析 情景分析 最佳可行技 术分析和生命周期评价 并总结了其各自的优缺点和适用性 同时针对我国目前清洁生产研究 重点领域 流域 区域清洁生产来说 系统动力学是对清洁生产减排潜力进行分析的最好方法 其动态分析性不仅适用于流域 区域清洁生产这一动态系统 而且其仿真预测功能还将为流域 区域清洁生产的推进机制研究和驱动力分析提供科学依据 关键词关键词 清洁生产 减排 潜力 系统动力学 Research on Potential of Emission Reduction of Cleaner Production XIE Minghui Qiao Qi SUN Qihong Key Laboratory of Eco Industry of the Ministry of Environmental Protection Chinese Research Academy of Environmental Sciences Beijing Abstract Four research methods for potential of emission reduction of cleaner production benefit analysis scenario analysis best available technology and life cycle assessment were analyzed The advantages and disadvantages of those four methods were also introduced It showed that System Dynamics was the best research method for potential of cleaner production from basin or region cleaner production which was the key research fields System Dynamics was availed for the dynamic analysis of basin or region cleaner production and scientific basis for driving factors of cleaner production was provided by simulation model of System Dynamics Key word cleaner production emission reduction potential System Dynamics 前言 清洁生产的减排潜力是指通过采用清洁生产技术 使污染物产生量下降的程度 因此 清 洁生产的减排潜力分析就是研究分析采用清洁生产技术后 引起污染物产生量削减的潜力大小 当前清洁生产发展的热点是流域 区域层次 1 传统意义上的污染治理技术和手段已不能解决行 业差异所带来的环境污染程度各异的问题 2 3 这就需要通过清洁生产减排潜力分析结果 从行 业特征入手 有选择性 针对性的研发和引入源头和过程控制的清洁生产技术 实现污染的全 过程控制 降低产物强度 因此 清洁生产减排潜力分析已成为目前流域和区域清洁生产的基 础所在 第一作者 谢明辉 男 1981 年出生 博士 助理研究员 主要研究清洁生产技术 政策 通讯作者 国家水体污染控制与治理科技重大专项 2009ZX07208 002 国家科技支撑计划课题 2006BAC02A01 2 但目前国内外对清洁生产减排潜力分析的系统研究尚少 这些方法归纳起来 主要有效益 分析 情景分析 最有效技术分析和生命周期评价四种 1 效益分析 早期国内外对清洁生产实施效果进行分析时常采用绩效分析的方法 4 5 这种方法在一定程 度上也表征了实施清洁生产对节能减排的潜力 如有报道称 荷兰在 1998 年实施的清洁生产项目 在食品加工 电镀 金属加和化学工业 等 5 个行业 10 家企业中开展污染预防研究 结果表明 减少工业废物的产生和排放潜力巨大 仅仅通过 加强内部管理 就能使废物削减 25 30 通过改进工艺 革新技术 还能进一步 削减 30 80 的废物 波兰在 1992 1993 年间 因实行清洁生产 全国的固体废料 废水 废气和新鲜水用量就分别减少了 22 18 24 和 22 美国由于实行清洁生产 自 1970 年以来虽然人口增长了 22 但国民生产总值增长了约 75 能源消耗仅仅增长不到 10 同时 大气中的铅 烟尘 一氧化碳和二氧化硫等污染物浓度大幅下降 这些数据在说 明清洁生产绩效的同时 也客观的反映出清洁生产减排潜力的大小 国内也常用一些清洁生产的效益分析数据来表征清洁生产减排潜力的大小 如有报道称 自 1993 年以来北京 上海 山东 江苏等 18 个省巾的 219 家企业实施了清洁生产 这此企 业自实施清洁生产方案后 每年获得的经济效益达 5 亿元 环境效益更为明显 山东省自 1993 年至今 已在造纸 纺织印染 石油化工 酿造 淀粉 氯碱 冶金 电子 机械制造 化工 制药等 10 余个行业 60 多家企业进行了清洁生产审计 据统计 通过实施清洁生产的无 低废 方案 废气排放量削减率为 10 0 万元产值废气排放削减率为 9 36 氧化硫排放削减率为 16 9 万元产值排放率为 34 2 烟尘排放削减率为 17 9 万元产值削减率为 15 1 废水 排放削减率为 27 5 万元产值排放削减率为 15 2 企业年增加经济效益增加率在 1 5 经济 环境效益均十分巨大 这种分析方法虽较为直观 但缺乏预测评判作用 只能对已发生的或已完成的清洁生产现 状进行分析 缺乏预见性 2 情景分析 情景分析 Scenario Analysis 被广泛应用于环境排放的预测分析 比较著名的应用是长期 能源替代规划系统 Long range Energy Alternatives Planning system LEAP 模型 6 LEAP 模 型是由斯德哥尔摩环境研究院开发的基于情景模拟的能源 环境分析工具 LEAP 模型因其用 户可以根据研究问题的自身特点和数据的可获得性而灵活设定模型结构和数据形式的突出优点 被广泛应用于全球 国家 区域尺度的能源战略规划和温室气体减排评价研究 Price 等应用 LEAP 模型对全球工业 交通和建筑部门的能耗和 CO2排放进行情景分析 7 Cai 等应用 LEAP 模型研究了中国 5 个最大的碳排部门的减排潜力 8 Shin 等应用 LEAP 模型对韩国垃圾发电厂 进行了环境经济影响评价 9 Limmeechokchai 等应用 LEAP 模型分析了泰国农村改进厨灶和小 沼气池的节能减排潜力 10 Zhang 等应用 LEAP 模型评价了中国电力行业在不同情景下的节能 减排政策对于总体的能源需求以及外部性成本的影响 11 Dhakal 和 Pradhan 都应用 LEAP 模型 对城市交通的节能减排潜力进行了评价研究 12 13 在流域清洁生产减排潜力分析上 国内只有孙启宏等人 14 曾应用 LEAP 模型对辽河流域污 染较为严重的行业节水减排清洁生产潜力进行了分析 主要是从污染物产生总量角度进行情景 设置 比较不同情景下的清洁生产潜力 其情景主要设定为三种 基准情景 即目标年工业行 业产污强度 按单位产值污染物产生量计 保持基准年水平不变的参照情景 低方案情景 即 目标年工业行业产污强度有较小幅度下降 如 35 高方案情景 即目标年工业行业产污强 3 度有较大幅度下降 如 55 结果显示 高方案情景下 2015 年 CODCr和 NH3 N 产生量预计 比 2008 年分别减少 14 和 9 表明该方案有利于排放总量的消减 韩明霞等人 15 采用情景分 析 设计以 2015 年作为辽河流域工业发展清洁生产场景 在此场景下的 CODCr和 NH3 N 工业 污染排放量与 2008 年相比将大幅消减 情景分析虽然能较好的将能源需求和环境影响结合起来进行研究分析 但在实现具体情景 时 经济成本因素一般考虑较少 因此缺乏制定激励政策和措施的理论依据 3 最佳可行技术分析 采用最佳可行技术 Best Available Technology BAT 研究分析清洁生产的潜力 可以定 义为通过研究 分析当前企业采取的技术和行为 并与最佳可行技术进行比较 来评估实施清 洁生产能够取得的效益或达到的水平 要进行评估 就必须了解当前不同行业一般的排放水平 并与作为环境绩效表征的最有效的新技术进行比较 新技术在环境方面通常都优于旧技术 因 为前者生产同样单位产品消耗资源更少 然而 要更新技术 甚至是采用旨在最小化工业污染 的环境影响的清洁技术 还存在很多困难 由于最佳可行技术对于新兴工业国家 特别是发展中国家 在很多情况下过于昂贵不易实 施 尤其是像我国这样处在可持续发展的初步阶段 实施起来有一定难度 因此这种方法并不 适用于我国的清洁生产减排潜力分析 4 生命周期评价 生命周期评价 Life Cycle Assessment LCA 最早起源于 1969 年可口可乐对饮料容器选 择时 从原材料采掘到废弃物最终处理的全过程进行的跟踪与定量分析 而后在上个世纪 90 年 代引起人们重视并得到了飞速发展 现在已经纳入 ISO14000 环境管理系列标准而成为国际上 环境管理和产品设计的一个重要支持工具 关于 LCA 定义的准确描述 目前仍存在一些争论 但核心都是 对材料或产品从制造 使用 回收 废弃与处置等全过程中的环境影响进行综合 评价 国际标准化组织 ISO 在 IS 标准中对 LCA 的定义是指 对某产品或服务系统的整个 生命周期过程中与该产品或服务系统功能直接相关的环境影响 物质和能量的投入产出进行汇 集和测定的一套系统的方法 其具体包括四个步骤 目的与范围的确定 清单分析 影响评价 和结果解释 如图 1 所示 由此可以看出 生命周期评价是一种用于定量评估产品在其整个生 命周期中 即从原材料的获取 产品的生产直至产品使用后的处置 对环境影响的技术和方法 国内外研究人员在 LCA 应用于清洁生产方面开展了大量的研究 包括清洁生产技术评价 清洁生产实施途径 清洁能源等 如 Kuta 等人 16 分析评价了包装产品生产过程中实施清洁生产 前后的环境影响 Worrell 等人 17 评价了提高塑料包装的材料使用率产生的潜在环境影响 姜金 龙等人 18 对用镍铜共生矿石生产电解镍和铜过程的环境协调性进行了研究 吴锐等人 19 对以天 然气为原料生产压缩天然气 甲醇 二甲醚 柴油 4 种汽车清洁能源系统进行生命周期的能源 环境和经济评价 李英顺等人 20 对铜炉渣回收铜的清洁生产技术环境协调性进行了研究 并与 常规铜矿石冶炼铜进行了比较分析 4 生命周期评价框架生命周期评价框架 目标和范围的 确定 清单分析 影响评价 解释 直接应用直接应用 产品开发与改进 战略规划 公共政策制定 营销 其他 图 1 LCA 的技术框架 Fig 1 The frame of Life Cycle Assessment 由此可见 LCA 更多的是通过对清洁生产技术进行环境影响评价来表征清洁生产减排潜力 的大小 尚未有应用 LCA 对清洁生产减排潜力进行系统研究的 5 结论和建议 目前国内外对清洁生产减排潜力分析主要集中在微观层次 即单个企业层面 在宏观层次 如行业 区域 流域水平上 实施清洁生产在节能 降耗 减排方面的定量研究急需补充和 完善 清洁生产减排潜力分析的对象是一个动态的体系 特别是目前研究侧重的流域清洁生产和 区域清洁生产 不仅要侧重全流域或区域环境的综合治理 同时还要需要兼顾流域或区域的社 会 经济 政策体系的配套管理 因此 需要一种应用于动态分析的方法去对流域或区域清洁 生产减排潜力进行研究 系统动力学就是解决此类问题的最好方法 系统动力学 System Dynanics 是一种研究复杂系统行为的方法 适于研究随时间变化的 复杂系统动态问题 其从系统的微观结构入手 构造系统的结构模型 借助计算机模拟技术分 析系统的动态行为 预测系统的发展趋势 并可作为实际系统 特别适用于社会 经济 生态 资源复杂的 大系统 系统动力学虽然应用于水环境领域的研究较多 同时也有不少研究是基于流域或区域范围 的 但这些研究都仅限于流域或区域水资源承载力方面的研究 而应用于流域或区域清洁生产 的减排潜力分析目前仍是空白 根据系统动力学适用于动态复杂的系统 且可以模拟系统的发 展趋势 进行中长期预测的这些特征 将其应用流域或区域清洁生产减排潜力分析这个复杂的 系统是完全可行的 并且可以发挥其中长期预测的特征 为清洁生产推进机制研究和驱动力分 析提供科学依据 而这也是未来我国开展清洁生产减排潜力分析的基础所在 参 考 文 献 1 刘洋 李俊奇 车伍等 北京市城区雨水径流污染控制与节能减排环境污染与防治 2008 9 93 96 2 郝永利 欧阳朝斌 乔琦等 污染物排放削减潜力评估方法 以中小型钢铁企业为例 环境污染与防 治 2010 5 82 84 96 3 张洪荣 朱洪波 浅谈环境影响评价在印染行业节能减排中的作用 环境污染与防治 2010 1 99 100 105 5 4 马建军 石嘴山市实施清洁生产的潜力与意义 石油化工应用 2006 5 4 6 5 王海邻 清洁生产与企业生产效益 环境污染与防治 2003 4 256 6 Stockholm Environment Institute SEI Tellus Institute LEAP Long Range Energy Alternative Planning System User Guide for LEAP2006 2006 2009 08 25 7 Price L de la Rue du Can S Sinton J Sectoral trends in global energy use and greenhouse gas emissions 2009 08 25 8 Cai W J Wang C Chen J N et al Comparison of CO2 emission scenarios and mitigation opportunities in China s five sectors in 2020 Energy Policy 2008 36 1181 1194 9 Shin H C Park J W Kim H S et al Environmental and economic assessment of landfill gas electricity generation in Korea using LEAP model Energy Policy 2005 33 1261 1270 10 Limmeechokchai B Chawana S Sustainable energy development strategies in the rural Thailand the case of the improved cooking stove and the small biogas digester Renewable and Sustainable Energy Reviews 2007 11 818 837 11 Zhang Q Y Tian W L Wei Y M et al External costs from electricity generation of China up to 2030 in energy and abatement scenarios Energy Policy 2007 35 4295 4304 12 Dhakal S Implications of transportation policies on energy and environment in Kathmandu Valley Nepal Energy Policy 2003 31 1493 1507 13 Pradhan S Ale B B Amatya V B Mitigation potential of greenhouse gas emission and implications on fuel consumption due to clean energy vehicles as public passenger transport in Kathmandu Valley of Nepal a case study of trolley buses in