Поскольку проблема выбросов углерода становится все более серьезной, сокращение углеродного следа стало центром внимания всего мира. Среди мер по сокращению выбросов углерода биоуголь привлек значительный интерес как устойчивое решение. Читайте дальше, чтобы узнать о принципе формирования углеродного следа и о том, как биоуголь играет решающую роль в сокращении углеродного следа.
Что такое углеродный след?
Углеродный след — это мера общего объема выбросов парниковых газов (ПГ), которые напрямую или косвенно генерируются отдельным лицом, организацией, продуктом, услугой или деятельностью в течение его жизненного цикла. Эти выбросы обычно выражаются в эквивалентах диоксида углерода (CO₂e). Он охватывает парниковые газы, такие как диоксид углерода (CO₂), метан (CH₄) и закись азота (N₂O). Расчет углеродного следа помогает количественно оценить влияние деятельности человека на изменение климата. Он является основой для разработки стратегий сокращения выбросов и достижения целей углеродной нейтральности.
Отдел корпоративного углеродного следа
Согласно Протоколу по парниковым газам (Протокол ПГ), выбросы углерода делятся на три области (Область 1, Область 2 и Область 3), чтобы помочь компаниям выявлять и управлять выбросами парниковых газов из различных источников.
Область 1: Прямые выбросы
- Выбросы при сгорании: Котлы, транспортные средства и другое оборудование, используемое в промышленной цепочке, сжигают ископаемое топливо (например, природный газ, уголь и нефть) и генерируют CO₂.
- Технологические выбросы: Химические реакции в определенных промышленных процессах выделяют парниковые газы. Например, прокаливание и разложение известняка при производстве цемента генерирует CO₂.
- Неорганизованные выбросы: Утечка хладагентов, огнетушителей и других химикатов. А также неконтролируемые выбросы парниковых газов при добыче нефти и газа и переработке отходов.
Область 2: Принадлежность к косвенным выбросам
- Электричество: Когда предприятие получает электроэнергию из общественной сети, выбросы парниковых газов, такие как CO₂, образующиеся в процессе производства этой части электроэнергии, относятся к выбросам предприятия категории 2.
- Тепло и пар: Подобно электроэнергии, если компания использует тепло или пар, предоставленные внешним поставщиком, выбросы при их производстве и транспортировке также включаются в область 2.
Область 3: Косвенные выбросы – не в собственности
- Деятельность по разведке и добыче: включая выбросы, образующиеся в результате таких видов деятельности, как добыча и переработка сырья, транспортировка продукции на территорию предприятия, а также переработка отходов.
- Последующие действия: Выбросы, возникающие при транспортировке готовой продукции потребителям, на этапе использования продукции и утилизации продукции после окончания ее жизненного цикла.
Далее будет проведен подробный анализ углеродного следа некоторых ключевых отраслей промышленности.
Формирование сельскохозяйственного углеродного следа
Источник 1: Производственная деятельность, связанная с почвой
Выбросы CO₂
- Дыхание почвы: Органическое вещество почвы разлагается под воздействием микроорганизмов, выделяя CO₂. Чем выше содержание органического вещества, тем больше интенсивность дыхания и выбросы CO₂.
- Сжигание стерни: Сжигание стерни на поле напрямую высвобождает CO₂ и ускоряет окисление органического вещества почвы, косвенно увеличивая выбросы CO₂.
- Работа оборудования: Тракторы и комбайны сжигают ископаемое топливо, напрямую выбрасывая CO₂. Исследования показывают, что потребление топлива в технике составляет примерно 30%–40% от общего сельскохозяйственного углеродного следа.
Выбросы CH₄
- Затопленные рисовые поля: На затопленных полях, таких как рисовые поля, анаэробные условия способствуют развитию микроорганизмов, вырабатывающих метан (метаногенов), что приводит к значительным выбросам метана. Метан выходит в атмосферу через поры почвы или воду, при этом парниковый эффект примерно в 25 раз больше, чем у CO₂.
- Процесс компостирования: Органические удобрения (например, навоз и солома) могут генерировать метан, если подача кислорода недостаточна, создавая локальные анаэробные условия, которые способствуют образованию метана. Неправильное управление (например, чрезмерно влажный или плохо проветриваемый компост) может значительно увеличить выбросы метана.
Выбросы N₂O
- Применение азотных удобрений: При внесении в почву синтетических азотных удобрений (например, мочевины, аммиачной селитры) аммоний (NH₄⁺) подвергается нитрификации в аэробных условиях, образуя нитрат (NO₃⁻). Затем нитрат подвергается денитрификации в локализованных анаэробных средах, высвобождая N₂O.
- Процесс компостирования: Микроорганизмы сначала минерализуют органический азот в NH₄⁺ и нитрифицируют его в NO₃⁻. В локализованных анаэробных зонах компостной кучи происходит неполная денитрификация, высвобождая N₂O. Избыточная влажность, плохая аэрация или несбалансированное соотношение C/N могут усугубить эту эмиссию.
Источник2: Производство сельскохозяйственных ресурсов
Удобрения и пестициды
Синтез азотных удобрений требует высоких температур и давлений, потребляет большое количество ископаемого топлива, с выбросами 2.2–2.5 тонн CO₂ на тонну аммиака. Производство пестицидов включает сложный органический синтез и использование растворителей и катализаторов, с выбросами 1.5–2.0 кг эквивалента CO₂ на килограмм продукции.
Пластиковая сельскохозяйственная пленка
Полиэтиленовые (HDPE/LDPE) сельскохозяйственные пленки, изготовленные из нефтехимических материалов (например, этилена), имеют углеродный след 2.6–2.9 кг CO₂e на килограмм в процессе производства, от добычи сырья до заводского изготовления. После утилизации (например, сжигания, захоронения на свалке или естественного разложения) эти пленки также выделяют CO₂.
Источник3: Изменение землепользования
Вырубка леса
Лесные почвы и растительность хранят около 123–243 тонн углерода на гектар. Однако при переводе в сельскохозяйственные угодья средняя потеря углерода составляет около 100–135 тонн на гектар (что эквивалентно 367–496 тоннам CO₂ на гектар). Кроме того, территория теряет способность поглощать 2.2 тонны CO₂ на гектар ежегодно.
Преобразование водно-болотных угодий
Осушение и возделывание органической почвы на водно-болотных угодьях (например, торфяниках) приводит к разложению органического вещества с выделением большого количества CO₂ и N₂O. В 2021 году только этот процесс привел к выбросам около 0.8 Гт CO₂e, что составляет почти 20% мировых выбросов, связанных с изменением землепользования.
Деградация почвы
Интенсивное земледелие, чрезмерное удобрение и эрозия почвы приводят к деградации почвы и структурным повреждениям. В результате ежегодно в мире теряется около 124 миллионов тонн органического углерода (что эквивалентно примерно 455 миллионам тонн CO₂). Деградация почвы серьезно снижает потенциал поглощения углерода и производительность почвы.
Формирование лесного углеродного следа
Источник 1: Лесозаготовительная деятельность
Запись
Расход топлива лесозаготовительной техникой (например, харвестерами, бензопилами) и оборудованием для транспортировки древесины (например, форвардерами, тракторами) напрямую приводит к выбросам CO₂. Кроме того, сложность лесной местности (например, крутые склоны, водно-болотные угодья) увеличивает сложность механических операций, что приводит к более высокому потреблению энергии и выбросам на единицу работы.
Транспорт
Выбросы топлива от транспортных средств, используемых для перевозки круглого леса или щепы по дорогам или железной дороге, являются крупнейшим источником углеродного следа в лесном хозяйстве. Короткие перевозки от места вырубки леса до мест временного хранения осуществляются поездами, тяжелыми дизельными грузовиками и тракторами, которые в значительной степени зависят от ископаемого топлива.
Утилизация отходов
Открытое сжигание отходов лесозаготовок (ветвей, коры) напрямую высвобождает CO₂ и CH₄, при этом на гектар выделяется около 2–5 тонн эквивалента CO₂. Захоронение этих отходов на свалках приводит к образованию парниковых газов за счет микробного разложения. Если лесные отходы оставляют накапливаться, они представляют опасность возгорания, потенциально становясь источником углерода.
Источник 2: Потеря лесной способности поглощать углерод
Деградация лесов
В последние годы чрезмерная вырубка леса, преобразование естественных лесов в плантации и преобразование лесных земель в строительные зоны нанесли значительный ущерб структуре и функционированию леса. Это привело к потере углерода, хранящегося в исходной растительности, что привело к чистому сокращению запасов углерода в лесах и значительному увеличению углеродного следа лесов.
Воздействие стихийных бедствий
С 21 века выбросы углерода от лесных пожаров превысили 100 миллиардов тонн. Лесные пожары выбрасывают 50–100 тонн CO₂ на гектар выжженной площади. После пожара сгоревшие деревья разлагаются или гниют, продолжая выделять углерод. Восстановление растительности на выжженных территориях происходит медленно, а способность к секвестрации углерода снижается на десятилетия.
Формирование углеродного следа животноводства
Источник1: Животноводство
Кишечная ферментация
Жвачные животные производят и выделяют CH₄ в процессе ферментации в желудках, в частности, из-за действия архей, вырабатывающих метан. В среднем одна молочная корова выделяет 70–120 кг CH₄ в год. По оценкам, глобальная энтеральная ферментация скота производит около 4 миллиардов тонн эквивалента CO₂ каждый год.
Управление навозом
В анаэробных условиях при хранении и переработке навоза выделяются CH₄ и N₂O. Системы обращения с жидким навозом (например, биогазовые ямы, септики) являются крупнейшими источниками выбросов CH₄, в то время как системы твердого компостирования в основном выделяют N₂O. Глобальное обращение с навозом в животноводстве ежегодно выбрасывает около 2 миллиардов тонн эквивалента CO₂.
Источник2: Управление фермой
Обработка кормов
Этот процесс включает такие этапы, как сбор урожая, измельчение, силосование, сушка, смешивание и гранулирование кормовых культур. Эти операции требуют дизельного топлива и электроэнергии, что приводит к прямым или косвенным выбросам CO₂.
Эксплуатация объекта
Операции на животноводческих фермах включают отопление, вентиляцию, освещение, доильные аппараты и системы автоматического кормления. Эти виды деятельности генерируют косвенные выбросы от сжигания топлива и потребления электроэнергии.
Источник3: Изменение землепользования
Выращивание кормовых культур
Выращивание кормовых культур преобразует естественные экосистемы в сельскохозяйственные угодья для таких культур, как соя и люцерна. Этот тип изменения землепользования снижает способность экосистем к секвестрации углерода. Например, интенсивные методы ведения сельского хозяйства могут привести к ежегодному снижению запасов углерода в почве на 0.5–1%.
Перевыпас
Высокая плотность выпаса сокращает растительный покров на лугах, вызывая потерю органического углерода в почве и увеличивая риск ветровой и водной эрозии. Чрезмерный выпас приводит к выбросам приблизительно 500 миллионов тонн эквивалента CO₂ ежегодно, снижая способность систем выпаса скота к связыванию углерода на 30%–50%.
Формирование углеродного следа строительной отрасли
Источник1: Производство цемента
Кальцинирование известняка
При производстве цемента известняк (состоящий в основном из CaCO₃) нагревается при высоких температурах для разложения на CaO и CO₂. Этот процесс напрямую вносит около 60% выбросов углерода в цементной промышленности. Поскольку мировое производство цемента продолжает расти (достигнув 340 миллионов тонн в 2011 году), общие выбросы также увеличились из-за более масштабного производства.
Сжигание во вращающейся печи
Топливо (например, уголь, биомасса), сжигаемое во вращающихся печах для нагрева сырья, генерирует CO₂, что составляет 40% от общего объема выбросов при производстве цемента. Современные высокоэффективные печи сократили потребление энергии на 50% по сравнению с традиционными мокрыми печами, но зависимость от ископаемого топлива в производстве цемента сохраняется.
Источник2: Производство стали
Выплавка стали
Производство стали основано на доменном процессе с использованием кислородно-конвертерной печи. В этом процессе кокс используется в качестве восстановителя для реакции с железной рудой (Fe₂O₃) для производства чугуна, выделяя большое количество CO₂. Сталеплавка ежегодно выбрасывает около 2.6 млрд тонн CO₂, что составляет 7% мировых выбросов, связанных с энергетикой.
Транспортировка стали
Поскольку сталелитейные производственные мощности часто расположены далеко от потребительских рынков, транспортная логистика играет важную роль. Глобальная стальная логистика в основном работает на дизельном топливе (более 60% автомобильных перевозок). Транспортировка стали обеспечивает 3%–5% годовых выбросов углерода в сталелитейной промышленности (примерно 7.8–13 миллионов тонн CO₂).
Источник3: Строительные работы
Потребление строительной техники
Тяжелая техника, такая как бульдозеры и краны, использует дизельное топливо. Каждый сожженный литр дизельного топлива производит 2.68 кг CO₂. По данным Агентства по охране окружающей среды США (EPA), крупные строительные площадки потребляют более 5,000 литров топлива ежедневно, что приводит к ежегодным выбросам в размере 50 тонн CO₂.
Захоронение отходов
Древесина, пластик и другие органические отходы, образующиеся при сносе или новом строительстве, отправляются на свалки, где они разлагаются анаэробно, выделяя CH₄. Каждая тонна смешанных строительных отходов, отправляемых на свалку, выделяет около 0.5 тонн эквивалента CO₂. Этот процесс приводит к глобальной потере около 120 миллионов тонн потенциала связывания углерода ежегодно.
Отраслевые факторы, способствующие сокращению выбросов углекислого газа
Политика нормативного давления
По мере того, как растет внимание к изменению климата в мире, правительства и международные организации внедряют более строгие экологические политики и цели. Например, Парижское соглашение призывает страны принять меры по ограничению глобального потепления и содействию зеленому, низкоуглеродному развитию. Многие страны уже внедрили механизмы ценообразования на выбросы углерода, такие как налоги на выбросы углерода или системы торговли выбросами, которые напрямую влияют на эксплуатационные расходы предприятий. Чтобы соблюдать эти правила и избегать возможных штрафов, предприятия должны найти способы сократить свой углеродный след.
Требования цепочки поставок
Сокращение углеродного следа часто означает повышение эффективности использования ресурсов и сокращение потребления энергии, что может напрямую привести к экономии средств. Например, оптимизация производственных процессов, использование возобновляемых источников энергии и повышение эффективности логистики могут снизить эксплуатационные расходы. С точки зрения управления цепочками поставок все больше компаний начинают требовать от своих поставщиков низкоуглеродные продукты и услуги. Это означает, что предприятия, эффективно управляющие своим углеродным следом, будут иметь конкурентное преимущество на рынке.
Имидж бренда и потребительские тенденции
Современные потребители все больше озабочены защитой окружающей среды и социальной ответственностью, предпочитая выбирать бренды, которые поддерживают устойчивое развитие. Поэтому активное принятие мер по сокращению углеродного следа не только улучшает имидж бренда, но и привлекает потребителей, заботящихся об окружающей среде. Более того, сильная репутация бренда может помочь компаниям завоевать доверие и поддержку инвесторов, особенно по мере того, как инвестиции в ESG становятся все более популярными. Другими словами, сокращение углеродного следа является ключом к устойчивой трансформации предприятия.
Понять биомассу и биоуголь
Углеродный след в биомассе
Подсчитано, что растения во всем мире ежегодно поглощают около 600 миллиардов тонн углерода посредством фотосинтеза, из которых 10% могут быть преобразованы в биомассу отходов. Биомасса, отделенная от среды своего роста, обычно подвергается естественному разложению. Это означает, что каждый год около 60 миллиардов тонн углерода находятся в нестабильном состоянии. Более того, человеческая деятельность, такая как сжигание или компостирование, ускоряет процесс разложения биомассы. Некоторые элементы углерода в биомассе преобразуются в углекислый газ (CO2) или метан (CH4). Это приводит к увеличению углеродного следа. Ниже приводится схематическая диаграмма, иллюстрирующая углеродный след биомассы.
Производственный процесс Biochar
Биоуголь производится путем пиролиза биомассы при высоких температурах и низком уровне кислорода. в biochar машина, влага и летучие органические соединения в биомассе удаляются, оставляя стабильный углеродистый остаток. Производство биоугля преобразует нестабильную биомассу в неподатливый углерод. Он может сохраняться в окружающей среде в течение столетий. Высококачественный биоуголь имеет следующие характеристики：
- Высокая пористость: Biochar обладает обильными микро- и мезопорами. Размер этих пор обычно варьируется от нанометров до микрометров, что обеспечивает большую площадь поверхности для адсорбции молекул газа.
- Химическая инертность: Biochar имеет очень устойчивую углеродную структуру. Эта структура устойчива к биологическому разложению или химическому окислению, что делает ее стабильной средой хранения углерода.
Как Biochar уменьшает выбросы углекислого газа
В последние годы биоуголь стал представителем эффективных инструментов сокращения выбросов углерода. Его стабильная твердая углеродная структура может хранить углерод биомассы в течение длительного времени. Кроме того, его пористые свойства могут подавлять производство мощных парниковых газов в анаэробных средах. В то же время, как низкоуглеродная альтернатива, биоуголь может снизить зависимость от промышленного сырья и сельскохозяйственных ресурсов в отраслях с высоким уровнем выбросов углерода. Он достигает эффекта сокращения углеродного следа полного цикла посредством синергетического механизма «фиксация углерода – подавление выбросов – замещение». Ниже подробно описано, как биоуголь может снизить углеродный след для нескольких типичных отраслей:
Сокращение выбросов углерода в сельском хозяйстве
Увеличение запасов углерода в почве
- Улавливание углерода: Высокопористая структура Biochar адсорбирует органические вещества почвы, замедляя микробное разложение. Это продлевает время удержания углерода до сотен лет.
- Улучшение почвы: Биоуголь способствует агрегации почвы, повышая способность удерживать воду и питательные вещества, косвенно поддерживая фотосинтез растений и поступление углерода в корни.
Сокращение сжигания и компостирования
- Замена горения: Технология пиролиза преобразует сельскохозяйственные отходы в биоуголь, предотвращая прямые выбросы CO₂ от сжигания и косвенные выбросы от ускоренного разложения органического вещества почвы.
- Оптимизация компостирования: Биоуголь улучшает аэрацию компоста, подавляя образование CH₄ в анаэробных условиях. Он также адсорбирует азот, снижая выбросы N₂O.
Сокращение использования удобрений
- Адсорбция азота: Биоуголь адсорбирует NH₄⁺ и регулирует pH почвы, подавляя процессы нитрификации-денитрификации, что приводит к сокращению выбросов N₂O на 20–30%.
- Добавление удобрений: Композитные удобрения на основе биоугля сокращают использование химических удобрений на 25–30%, косвенно снижая выбросы, связанные с высоким потреблением энергии при производстве удобрений.
Сокращение углеродного следа в лесном хозяйстве
Использование отходов и ресурсов
- Сокращение сжигания и захоронения отходов: Ветки, кору и другие отходы можно подвергнуть пиролизу и получить биоуголь, предотвращая выбросы CO₂ при открытом сжигании и CH₄ при захоронении.
- Сокращение потребления энергии транспортом: Расположенные вблизи лесов объекты по производству биоугля сокращают расход дизельного топлива при дальних перевозках древесины/древесной щепы.
Содействие лесному поглотителю углерода
- Улучшение состояния почвы: Биоуголь повышает плодородие почвы и удержание воды в зонах лесовосстановления, ускоряя рост деревьев и увеличивая поглощение углерода на единицу площади.
- Восстановление экосистемы: Биоуголь ускоряет восстановление растительности на деградировавших или пострадавших от стихийных бедствий территориях, компенсируя потери углерода в результате чрезмерной вырубки леса или лесных пожаров.
Предотвращение последствий лесных пожаров
- Уменьшение топливной нагрузки: Биоуголь производится путем очистки мертвых веток и отходов, что снижает вероятность лесных пожаров. Это снижает прямые выбросы от пожаров и долгосрочные потери углерода после катастрофы.
- Огнестойкость и защита: Биоуголь, покрывающий почву, может подавить распространение пожара. После пожара применение биоугля помогает уменьшить эрозию почвы, сохраняя запасы углерода в несгоревшей растительности.
Сокращение углеродного следа животноводства
Подавление образования метана
- Регуляция кишечной ферментации: Биоуголь можно добавлять в корм для животных для адсорбции субстратов для архей, вырабатывающих метан в рубце, что снижает выбросы CH₄.
- Оптимизация микробного сообщества: Биоуголь изменяет характер ферментации в рубце, снижая соотношение уксусной кислоты и пропионовой кислоты, тем самым сокращая пути образования метана.
Оптимизация управления навозом
- Подавление анаэробных выбросов: Биоуголь подавляет анаэробную микробную активность. В качестве подстилки или добавки он снижает выбросы CH₄ из жидкого навоза и выбросы N₂O из твердого компостирования.
- Переработка питательных веществ: Биоуголь адсорбирует аммиак (NH₃) и фосфор в навозе, превращая его в медленно высвобождающееся органическое удобрение. Это косвенно снижает выбросы углерода при производстве удобрений.
Повышение эффективности кормления
- Сокращение потребности в кормах: Биоуголь повышает эффективность усвоения корма. Это снижает потребность в корме и прямые выбросы, связанные с кормом. Это также косвенно снижает выбросы от процесса выращивания корма.
- Сокращение циклов роста: Более высокие показатели конверсии корма способствуют более быстрому росту животных и сокращению циклов размножения. Таким образом, это снижает кумулятивные выбросы на единицу веса.
Сокращение выбросов углерода в строительной отрасли
Замена цементного клинкера
- Цементная добавка: Биоуголь может заменить часть цемента, используемого в производстве, что напрямую снижает потребность в обжиге известняка, на долю которого приходится 60% выбросов цемента.
- Модификация цемента: Биоуголь улучшает удобоукладываемость бетона, позволяя снизить водоцементное отношение и уменьшить количество цемента, необходимое для достижения той же прочности, тем самым снижая выбросы CO₂.
Замена топлива для прокаливания
- Когенерация биомассы: В результате пиролиза образуются биоуголь и горючие газы, которые могут заменить уголь при отоплении цементных печей, что позволяет сократить потребление ископаемого топлива.
- Синергия выбросов: Содержание серы и азота в биоугольном сырье намного ниже, чем в ископаемом топливе, поэтому его использование в качестве топлива снижает не только выбросы CO₂, но и загрязняющих веществ, таких как SO₂ и NOₓ.
Замена восстановителей для плавки
- Производство чугуна в доменной печи: Биоуголь может заменить 5–10 % кокса в реакции восстановления углерода (C + Fe₂O₃ → Fe + CO₂), сокращая потребление ископаемого углерода.
- Потенциал низкоуглеродистой металлургии: Пористая структура биоугля увеличивает площадь поверхности реакции, повышая эффективность восстановления. Она также позволяет избежать выбросов при высокотемпературном коксовании при производстве кокса.
Получите эксклюзивное решение от Beston Group
Являясь ведущим экспертом в области переработки отходов, Beston Group посвящена предоставлению инновационных решений для сокращения выбросов углерода. Наше передовое оборудование и индивидуальные решения позволили многочисленным клиентам значительно снизить выбросы углерода. Если вас интересует устойчивая переработка отходов, не стесняйтесь обращаться к нам за индивидуальным решением.