全面认识垃圾处理的温室气体排放

一、我国垃圾处理的基本情况

我国垃圾焚烧处理的量在过去这几年保持高速的增长 ， 到2020年城市和县城焚烧处理总量达到1.6亿吨，也就是垃圾焚烧温室气体每年排放源的量是1.6亿吨。 详见图1。  

 

 

图1.我国生活垃圾年焚烧量

与焚烧相比，我国垃圾填埋排放温室气体排放源的量更大。 填埋和焚烧不一样，焚烧之后垃圾变成了飞灰和炉渣，对于填埋而言，厨余垃圾等有机质连续十年或者更久的时间排放甲烷、一氧化二氮等温室气体。用十年期计算我国城市和县城的填埋存量，2020年高达15亿吨。详见图2。

 
  图2.我国生活垃圾10年期填埋存量

与焚烧处理量相对应，2002年到2021年我国垃圾焚烧处理能力呈现出指数型的增幅。 到2021年年底我国垃圾焚烧设计处理能力达到77万吨/天，2.8亿吨/年。有些省份，比如福建、海南等甚至提出了100%焚烧目标，就是将清运垃圾100%送到焚烧炉里面。详见图3。

图3.我国生活垃圾焚烧处理能力的增长情况（2002-2021）

这样爆发式的增长也带来了负面的后果，区域分布不均衡、不协调、过度超前建设的现象开始出现等等。 浙江省、山东省等十个省区市出现了垃圾焚烧处理能力超过垃圾清运量的情况，浙江省表现得最为突出，每天超出的量达到2.75万吨，处理能力和清运量不匹配导致焚烧炉闲置，没有垃圾可烧，也可能出现为了满足焚烧的需求，对垃圾分类处理或者减量产生负面的锁定效应。详见图4。

图4.2022年部分省份垃圾焚烧处理能力超出清运量的值（吨/日）

二、垃圾焚烧的温室气体排放

（一）对垃圾焚烧发电“碳减排”的质疑

为什么焚烧技术受到如此的热捧？ 有三个先导条件：第一，垃圾焚烧被国家定义为生物质发电，可以获得高额的电价补贴；第二，部分专家所谓的双重降碳，相对于填埋场来说控制甲烷排放，还能够替代发电；第三，如果能获得国家核证自愿减排量（CCER），在碳市场进行交易就能获得一定的收益。我们在此分别提出质疑。

第一个质疑，为什么垃圾焚烧发电不完全属于生物质发电？ 图5非常清楚展示了生活垃圾和生物质之间的关系。生活垃圾里面有一部分是生物质包括了厨余，还有一部分是塑料、橡胶、纺织物等富含化石源碳的原料。《可再生能源法》（2009）也明确规定“生物质能利用自然界的植物、粪便、城乡有机废物转化能源”。而焚烧处理的生活垃圾不仅包括生物质，所以生活垃圾发的电也不完全是生物质的电。详见图5。

   

图5.生活垃圾和生物质资源的关系

第二个质疑，以CCER方法学为例，垃圾焚烧真的是双重降碳吗？ CCER项目核算碳减排量的公式三个部分，一是项目绝对碳排放量，二是项目发电替代的碳排放量，三是基准线排放，详见公式1。以下分别提出疑问。

公式1：

碳减排量=绝对碳排放量-发电替代碳排放量-基准线项目碳排放量

首先是对绝对碳排放量的疑问，CCER项目是否存在着数据造假的情况？ 图6展示了一项针对我国垃圾组分的调查，结合公式2，可以得出结论“我国的垃圾里面塑料、橡胶和纺织物等贡献主要的热值，也贡献了主要的化石源碳”，这和第一个质疑讨论到《可再生能源法》中生物质发电的概念相互呼应——垃圾发电事实上不是主要靠生物质，而是靠高热值的塑料、橡胶和纺织物，因此这部分垃圾发出来的电当然不能被认定为生物质能源。

公式2：

绝对碳排放量=重量x碳含量的比例x化石碳占总碳含量的比例x燃烧效率 （EFF）

  图6.某研究中我国生活垃圾中各个组分的比例、热值和化石源碳含量

CCER垃圾焚烧项目的案例，图7表中塑料的干重的比例是1%，实际贡献63%的化石源碳，说明塑料是重要的垃圾焚烧的化石原碳的来源。我们收集了2016—2017年间29个垃圾焚烧CCER项目，看到图8一开始觉得很乐观，比如说广元市垃圾里面就没有塑料，昆山也没有塑料，只有0.25%，说明分类做得好或者回收做得好。我们再看图9，根据学术研究，垃圾中塑料的比例普遍会达到百分之十几，上海等经济发达城市可能会更高。 CCER中关于塑料的报告值和研究值也在揭露一个问题，这里面是否存在着数据造假的情况。

  图7.马鞍山市垃圾焚烧CCER项目垃圾里的干重1%塑料贡献了63%的化石源碳

图8.29个CCER项目设计文件中估算的塑料比例

  图9.学术研究中我国生活垃圾中塑料比例

其次是对发电替代排放量的质疑，垃圾焚烧低水平的能源效率条件下可以对煤电实现替代减排吗？ 我们参照发电行业对于能源效率的计算方式，根据有限的公开数据对我国主要焚烧发电企业能源效率进行计算。图10展示了我国主要焚烧发电企业能源效率，普遍低于65%基准线，按照欧盟优先次序原则，低于65%基准线的垃圾焚烧将被定义为“垃圾末端处置”，高于65%基准线才能被定义为“能量回收”。

  图10.我国主要垃圾焚烧发电企业的能源效率还普遍处于较低水平（2019-2021）

事实上，我国垃圾发每度电的单位二氧化碳排放量远高于煤电。 图11比较了不同发电方式电网排放因子，也就是每发一度电排放二氧化碳的量，可以发现我国垃圾焚烧发电的电网排放因子远高于煤电发电的平均值，这样的结果直接否定了垃圾焚烧发电替代煤电能够实现碳减排的假设。

另外一个有待进一步探讨的问题是，如果说垃圾焚烧发电替代了煤炭发电排放，替代真的发生了吗？也就是在现实中是否会出现多造了一个垃圾焚烧发电厂就少造了一部分火电厂产能的情况呢？

图11.不同发电方式电网排放因子比较

最后是对基准线选择的质疑。 基准线是CCER项目在计算减排量时的参照线——减排量等于CCER项目排放量减去基准线项目排放。2016年到2017年审定29个项目全部选择了M3，也就是“没有填埋气捕捉系统的填埋场处理新鲜垃圾”作为基准线。这样的选择其实存在两个问题，第一个问题是这个选择很不准确，因为基准线不符合当时的情况，比如城市已经有了焚烧或者主要是焚烧，甚至M3这种方式已经不存在了，那就没有替代可言了。第二个问题是基准线的更新很不及时，垃圾焚烧CCER项目周期可能长达十年，如果十年期内基准线都不更新的话，基准线实际可能已经不存在了。详见图12。

图12.基准线（替代方案）的具体描述和当下的现实情况

垃圾焚烧真的是双重降碳吗？ 我们分析之后得到了以下结论，第一个否定的结论是垃圾焚烧CCER项目绝对碳排放量可能存在造假；二是垃圾焚烧发电能源效率很低，平均电网排放因子远高于煤电，不可能实现替代后的减排，目前也没有证据证明CCER项目替代煤电项目的实际操作；三是基准线选择不准确、更新不及时，可能会计算出虚假的碳减排量。

（二）焚烧“碳排放量”的准确性值得推敲

如图13所示，我国政府向公约秘书处递交了《中华人民共和国气候变化第二次两年更新报告》（2018）（下简称《报告》），2014年城市生活垃圾处理排放了1亿吨左右二氧化碳当量，其中二氧化碳的量是2000万吨二氧化碳当量。不足的是，报告没有把县城和乡村生活垃圾处理产生的温室气体纳入核算，后续随着我国垃圾收运、焚烧体系发展，我国垃圾焚烧处理对气候变化实际影响会越来越大，垃圾焚烧碳排放量逐渐快速增长的过程。

图13.《中华人民共和国气候变化第二次两年更新报告》（2018）

如何减缓垃圾焚烧的温室气体排放？ 一是源头角度，提高塑料等化石源碳材料分出比例，提高对厨余垃圾等有机质的分出比例，减少进入焚烧炉的量。二是从运行角度，通过垃圾分类管理、全链条管理、AI等技术改造不断提高垃圾焚烧厂能源效率，从而通过提高发电量，替代减缓温室气体排放。

三、垃圾填埋的温室气体排放

在去年中美共同发布《中美关于在21世纪20年代强化气候行动的格拉斯哥联合宣言》后，甲烷的关注度不断突破。计算垃圾填埋碳排放量的公式包括三个部分，一是排放量，二是如果说有填埋气回收装置，能够实现的替代排放量，三是碳封存的量。详见公式3和图14。  

 

公式3：  

碳排放量=排放甲烷（CH4）和一氧化二氮（N2O）折算为二氧化碳（CO2）量-能量回收替代排放量-碳封存量  

 

 

图14.不同技术条件下对温室气体排放系数的计算方法（单位：千克二氧化碳/吨垃圾）  

 

我们比较关注的能量回收替代排放量大概是负46.6千克二氧化碳/吨垃圾，是一个比较大的值。而我国普遍填埋场的填埋气回收情况却比较悲观，根据2019年的数据，我国县城填埋场1200座，城市填埋场650座，2019年大概216座填埋场有填埋气回收装置。详见图15。  

 

 

图15.城市生活垃圾填埋场在2019-2025年逐渐实现装备填埋气回收装置实现的减排量（黄色部分）  

 

《报告》中垃圾填埋温室气体排放的核算周期存在明显的不足。 《报告》按照一年期而不是按照十年期对填埋温室气体排放进行划算，也没有将县城垃圾填埋产生的温室气体纳入核算范围，其结果，我国垃圾处理对气候变化实际影响可能远高于报告值，报告值是8300万吨二氧化碳当量，我们团队估算值是5.5亿吨二氧化碳当量。

如果考虑不同温室气体全球增温潜力的不同计算方式，实际影响更加严重。 按照IPCC方法学，以100年周期计算甲烷的增温潜力是21，而按照Nature最新的计算结果，甲烷排放的前20年增温潜力是二氧化碳的80倍，填埋排放的甲烷温室气体对全球变暖的影响更加严峻。

垃圾填埋如何实现减排？ 一是源头角度。因为填埋场甲烷主要来自于厨余垃圾或者有机质，最好的办法是减少食物浪费，其次通过分类让厨余垃圾进入厨余垃圾处理系统；从运行角度来说，甲烷有回收利用的潜力，CDM机制或者百川畅银为代表的企业在填埋气体回收在不断地探索和实践。

四、垃圾处理的“碳排放量”存在低估

图16显示我国城市和县城生活垃圾焚烧填埋处理排放的总量， 我国政府向公约秘书处提交的值是2014年1亿吨二氧化碳当量，项目团队估算值是2014年约5.7亿吨二氧化碳当量 ，以2014年我国共排放111亿吨二氧化碳当量为基数，仅垃圾处理这一项的占比至少达到5%。

由于过去的几年随着焚烧的发展和填埋气回收比例的提高，项目团队估计城市和县城垃圾焚烧、填埋的总排放量在2019年实现了达峰，在7.5亿吨左右。

 

图16.2014-2020年我国城市和县城垃圾焚烧、填埋“碳排放量”

五、基于环境风险和气候变化平衡的建议

有人认为填埋排放温室气体多，焚烧产生的温室气体少，填埋垃圾挖出来送去烧就能实现减排，这在在国内形成新的行业趋势“开挖焚烧填埋垃圾”，国际上称“填埋场开采”，以浙江省金华市的实践为例，当地政府认为该开挖焚烧填埋垃圾的项目实现了26万吨二氧化碳当量减排。详见图17。  

 

 

图17.浙江省金华市垃圾填埋场开挖现场 图源：浙江省金华市住房与城乡建设局

开挖焚烧填埋垃圾的方式是否值得鼓励呢？我们认为需要十分谨慎。 由于开挖填埋垃圾可能会形成二次环境风险，尤其是在没有进行有效环境评估的情况下，可能会出现比如说渗滤液泄漏、甲烷爆炸、危险废物污染等问题，再考虑到我国目前“填埋场开采”相关的专项技术标准和监管还处于缺失状态，开挖和焚烧填埋垃圾应当非常谨慎。

六、总结与期待

基于对垃圾焚烧减排计算方式以及数据公开性、准确性的质疑，项目团队认为 垃圾焚烧并不是像CCER方法学标称的那么完美，能否实现所谓双重降碳也是非常值得探讨。 而在垃圾处理过程当中，从污染物控制和减排的角度，100%选择焚烧的路径是非常值得推敲的。参照图18。  

 

在“双碳”、“循环经济”和中美格拉斯宣言的背景下，二氧化碳和甲烷的问题受到了更加广泛的关注，充分认识垃圾焚烧、填埋的气候影响后， 留给我们的问题是，如何才是一组最佳的垃圾处理行动路径？  

 

 

图18.废弃物管理优先次序

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