节能减排垃圾分类及再生利用 一起说说大件垃圾碳减排

大件垃圾指居民日常生活中产生的具有一定回收利用价值的特定废弃物，包括废弃的床架、床垫、沙发、桌子、椅子、衣柜、书柜等体积较大物品，整体性强，需要单独分类收集处理。

据统计，大件垃圾产生量占生活垃圾产生量的比例约为1%～10%，以床垫、废家具为主，占比约为60%～80%。大件垃圾成为一个不可忽视的环境问题。随着垃圾分类政策深入推进、循环低碳理念不断发展，我国许多城市纷纷出台文件，重视大件垃圾管理，补齐投放设施短板，提升清运处理能力，大件垃圾管理成为提高垃圾资源利用率的难点与重点。

本文通过分析大件垃圾生命周期过程中的关键环节，提出其全流程处理的碳排放量评估方法，并结合处理技术现状，定量分析不同处理模式下大件垃圾的碳排放量，为我国大件垃圾管理提供决策依据和基础数据支持。

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大件垃圾生命周期碳排放解析

（一）大件垃圾生命周期

大件垃圾的生命周期包括收集、整件再使用、运输、拆解、再生利用和最终处置等环节，如图1所示。生产出来的床垫、家具等大件物品经过消费使用后，被丢弃成为大件垃圾。其中部分大件垃圾经过修理或升级后，可以再次投入消费环节，整件再使用。其余的大件垃圾经过单独的分类收集和运输体系，进入大件垃圾处理中心，通过人工和机械拆解、分选等方法对其中的再生材料进行回收利用，剩余的物料则进入垃圾最终处置场。

图1 大件垃圾生命周期过程

（二）大件垃圾处理模式

根据处理流程和资源化产品要求的不同，目前国内大件垃圾的主流处理模式有如下三种。

1．模式一：机械破碎 无害化处置

将收集的大件垃圾直接投入破碎系统中进行破碎分解，破碎后的物料进入生活垃圾焚烧发电厂，用于焚烧发电。

2．模式二：机械破碎 磁选 无害化处置

将大件垃圾投入破碎系统中进行破碎分解，破碎后的物料经磁选机筛选出物料中的铁质金属成分，剩余物料混合堆存。分选出的金属送至金属回收利用企业，其他剩余破碎物则进入生活垃圾焚烧发电厂用于焚烧发电。

3．模式三：人工分选 机械破碎 资源化利用

如图2所示，从大件垃圾中分拣出可以直接回收利用的废金属、玻璃、木板等原料。再进行人工拆解，拆分为不同种类材料，以提高其中木材和金属的回收率。然后将木材和剩余物料分别投入破碎系统中进行破碎分解，破碎后的物料经磁选机筛选出金属成分，剩余物料分品类堆存。优质木料、金属等可再利用的物质分出后分别送至相应的回收利用企业，其他剩余破碎物则进入生活垃圾焚烧发电厂用于焚烧发电。

图2 大件垃圾处理工艺流程

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评价方法

（一）核算边界与碳排放源识别

本文研究的碳排放核算边界，如图3所示主要是大件垃圾从投放收集点到回收利用和末端处置的全过程，包括运输环节、拆解/破碎环节、末端处置环节和回收利用环节，包括处理过程本身的直接排放和能源生产过程的间接排放，主要包括以下三类。

一是运输车辆产生的碳排放。根据收运车辆用能类型，可以分为汽油、柴油和电动车辆产生的碳排放。

二是拆解/破碎产生的碳排放。主要来自外购电力产生的间接排放。

三是末端处置产生的碳排放。主要是大件垃圾焚烧发电等无害化处置过程中产生的碳排放。

四是回收利用带来的减排量。大件垃圾拆解过程中分离出的木材、金属等再生资源，在功能上可替代原生材料，避免了原生材料生产过程中的碳排放，具有碳减排效益。

图3 核算边界与排放源

（二）核算方法

1．柴油收运车辆产生的碳排放

式中，Edie为柴油收运车辆产生的碳排放，tCO2；TTD为运输距离，km；UCdie为燃料油耗量，L/km；ρdie为燃料密度，kg/L；COEFdie为燃料碳排放因子，tCO2/t；NCVdie为燃料的低位发热值，GJ/t；CCdie为燃料的单位热值含碳量，tC/GJ；OFdie为燃料的碳氧化率。

2．电动收运车辆产生的碳排放

Eele = TTD×UCele×COEFele× OFele

式中，Eele为电动收运车辆产生的碳排放，tCO2；TTD为运输距离，km；UCele为耗电量，MWh/km；COEFele为电力碳排放因子，tCO2/MWh。

3．外购电力产生的碳排放

EEC = EC×COEFEC

式中，EEC为外购电力产生的二氧化碳排放量，tCO2；EC为大件垃圾处理过程中消耗的外购电量，MWh；COEFEC为电力排放因子，tCO2/MWh。

4．焚烧发电处置产生的碳排放

EINC = QINC ×COEFINC

式中，EINC 为焚烧发电处置产生的二氧化碳排放量，tCO2；QINC为大件垃圾焚烧处理量，t；COEFINC为焚烧处理排放因子，tCO2/t。

5．替代原生材料引起的减排量

式中，ERRE 为替代原生材料引起的二氧化碳减排量，tCO2；Qi 为再生资源i的回收量，t；COEF re,i为再生资源i替代的原生材料隐含碳，tCO2/t；COEF re,i为再生资源i的隐含碳，tCO2/t；i为大件垃圾中回收利用的再生资源种类，金属和木材。

（三）核算内容

本文的核算内容是指，每吨大件垃圾从运输到处置和回收利用环节的碳排放总量，其计算方法如下：

EM,i = ETRAN,i EEC,i EINC,i - ERRE,i

式中，EM,i 为模式i下每吨大件垃圾处理的碳排放总量，tCO2/t；ETRAN,i为模式i下每吨大件垃圾运输过程的碳排放量，tCO2/t；EEC,i为模式i下每吨大件垃圾处理过程中外购电力产生的碳排放，tCO2/t；EINC,i为模式i下每吨大件垃圾焚烧发电处置产生的碳排放，tCO2/t；ERRE,i为模式i下每吨大件垃圾回收利用替代原生材料引起的减排量，tCO2/t。

（四）数据来源

本文研究数据来自于项目实际生产数据、文献数据和专业数据库的数据。其中，大件垃圾组分结合实际生产数据与文献数据确定。运输距离参考文献的平均往返运输距离80km，并结合项目实际情况适当扩大至100km。

柴油油耗量参考5t厢式运输车（EQ5110XXYLJ9BDG）的行车油耗数据为20.0L/100km，考虑到大件垃圾体积大、容积密度低，实际载重量按3t考虑，换算得到每吨垃圾的行车油耗。

低位发热值、单位热值含碳量、碳氧化率等数据参考《中国能源统计年鉴2019》和《省级温室气体清单编制指南（试行）》。

电动收运车电耗则参考《新能源汽车推广应用推荐车型目录（2020年第7批）》中5t纯电动载货汽车（DFA1120KBEV）单位载质量能量消耗量。

大件垃圾拆解破碎过程中的耗电量参考文献，其中10t/h的破碎设备能耗为500kW/h，得到破碎环节的电耗为0.05MWh/t。电力排放因子参考生态环境部发布的最新全国平均电网排放因子。

由于目前大件垃圾焚烧处理排放因子没有相关研究数据，焚烧排放因子参考文献中“十三五”期间生活垃圾焚烧厂碳排放强度平均值，核算范围包括焚烧厂化石碳排放、化石燃料排放、车辆排放以及发电产生的替代排放，不包括渗滤液处理排放。原生材料隐含碳、再生资源隐含碳参考文献，数据来源于英国巴斯大学开发的Inventory of Carbon and Energy（ICE）数据库。

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评估结果

（一）不同处理模式碳排放量分析

模式一，大件垃圾处理的碳排放量为0.9954tCO2/t（柴油运输）、0.9902tCO2/t（电力运输）。其中，大件垃圾焚烧处置是碳排放量最大的环节，达到0.9480tCO2/t，占总排放量的95.2%～95.7%。大件垃圾拆解/破碎处理环节的排放量为0.0291tCO2/t，占比约为2.9%。而运输环节的排放量最低，为0.0183tCO2/t（柴油）、0.0131tCO2/t（电力），分别占比1.8%、1.3%。但需要说明的是，运输环节的碳排放与运输距离有关，随着运输距离的改变发生变化。此外，数据表明，与柴油运输车相比，使用电动车可以有效减排28.4%。

图4 模式一下各环节碳排放量分析

模式二，大件垃圾处理的碳排放量为0.8126tCO2/t（柴油运输）、0.8074tCO2/t（电力运输）。与模式一类似，模式二焚烧处置仍是碳排放的主要贡献源，为0.9006tCO2/t，占比为95.0%～95.5%。拆解/破碎环节和运输环节的排放量与模式一相同，占比分别为3.1%、1.4%～1.9%。此外，模式二通过磁选设备回收部分金属，其在下游企业利用中由于替代金属原材料而避免了原生材料生产过程中的碳排放，具有碳减排效益，减排量为0.1354tCO2/t。

图5 模式二下各环节碳排放量分析

模式三，大件垃圾处理具有负碳效益，碳减排量为0.7208tCO2/t（柴油运输）、0.7260tCO2/t（电力运输）。与模式一、二相比，模式三大件垃圾焚烧处置碳排放量显著降低至0.3804tCO2/t。这是因为，模式三对大件垃圾进行了人工拆解，金属、木材等具有回收利用价值的物料被提前分离，进入下游企业再利用，有效降低了进入垃圾焚烧厂的处理量。即便如此，焚烧处置仍是全流程中碳排放量的主要贡献者，占比达到88.9%～90.0%（不考虑碳减排量）。拆解/破碎环节和运输环节碳排放占比分别为6.8%～6.9%、3.1%～4.3%（不考虑碳减排量）。此外，金属和木材在下游企业利用的过程中由于替代原生材料而避免了原生材料生产过程中的碳排放，具有碳减排效益，分别为0.1354tCO2/t、1.1020tCO2/t。

图6 模式三下各环节碳排放量分析

以柴油运输为例，对比不同模式下大件垃圾处理过程中的碳排放量。模式一的处理工艺虽然简单，大件垃圾通过破碎系统后进行焚烧处置，但其产生的碳排放量最大。与模式一相比，模式二的碳排放量有所降低，主要由金属回收利用导致。但由于大件垃圾中可回收金属的比例较低，因此排放量仅降低18.3%。而模式三，大件垃圾资源化处理具有显著的碳减排效益。这是因为，除了金属外，模式三同时回收木材用作板材原料或生物质燃料。由于大件垃圾中木材占比较高，因此有效抵消了模式三运输环节以及处理处置环节的碳排放量，并产生碳减排效益。

通过上述分析可以发现，将大件垃圾中具有再利用价值的金属、木材等再生资源进行资源化利用，具有显著的碳减排效益。一方面，回收利用部分再生资源可以有效降低进入垃圾焚烧发电厂的大件垃圾规模，减少焚烧处置过程中的碳排放量；另一方面，金属、木材在回收利用环节中可以替代原生材料，避免了原生材料在生产加工过程中产生的碳排放，具有碳减排效益。

（二）大件垃圾减排效益分析

据统计，2020年，我国城市生活垃圾清运量为23511.7万吨。按占生活垃圾的2%计算，目前我国大件垃圾的规模约为470.2万吨/年。

在此条件下，预测得到不同处理模式下大件垃圾处理过程中的碳排放量：模式一约为468.1万tCO2/年；模式二约为382.1万tCO2/年；而模式三则有显著的碳减排效益，减排量可达338.9万tCO2/年。

注：以柴油运输为例。负值表示碳减排量。

图7 不同处理模式下全国大件垃圾处理碳排放预测

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结论

一是在不同处理模式下，大件垃圾生命周期碳排放量各不相同。其中，模式一的排放量为0.9902tCO2/t（电力运输）、0.9954tCO2/t（柴油运输）；模式二的排放量为0.8074tCO2/t（电力运输）、0.8126tCO2/t（柴油运输）；模式三具有显著的负碳效益，减排量为0.7260tCO2/t（电力运输）、0.7208tCO2/t（柴油运输）。

二是焚烧处置是大件垃圾全流程碳排放的主要来源，占比达到88.9%～95.7%。运输环节和拆解/破碎环节的排放占比不高，且与柴油运输车相比，使用新能源电动运输车的碳排放降低了28.4%。

三是大件垃圾资源化处理具有显著的碳减排效益，回收利用金属和木材等再生资源可以有效降低焚烧处置规模，并替代原生材料，避免其生产加工过程中产生的碳排放。

四是按照大件垃圾占城市生活垃圾比例为2%计算，大件垃圾资源化处理碳减排总效益可达到338.9万tCO2/年，具有较大的减排潜力。