OGFC 生產過程碳排放計算和碳減排技術研究

凌宏偉，鄭曉光，閆國杰，陸文亮

[1.上海浦東建筑設計研究院有限公司，上海市 201206；2.上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092；3.上海浦東路橋（集團）有限公司，上海市 201206]

0 引言

當前關于碳排放計算已成為全球關注的熱點問題。建筑行業中的公路和城市道路瀝青混凝土路面在原材料準備和運輸、混合料拌和生產、瀝青混凝土成品運輸和現場施工、后期運維過程中會消耗石油、礦石等自然、非再生的資源以及天然氣、汽柴油等能源，并產生一定量的碳排放。近年來，由于各地逐步控制鐵礦石的采掘、砂石料的產出，公路和城市道路建設所需的相關原材料采購地越來越遠，成本也越來越高，因此優化整體原材料供應、施工工藝，節約過程中各環節的資源和能源消耗，實現綠色、高效、低碳發展勢在必行。

近年來，為落實響應海綿城市建設理念，排水性瀝青面層OGFC 瀝青混合料（以下簡稱OGFC）得到逐步推廣應用。其同時具有路面降噪、雨天行車安全等優點，在工程實踐中發揮了較好的社會效益和環境效益。

為積極響應“雙碳”目標理念，推進新技術、新材料、新工藝的研究和實施，降低道路瀝青混凝土路面設計、生產、施工、管養過程的碳排放，確保加快行業“碳達峰”，開展對OGFC 包括原材料準備、原材料運輸到生產基地、混合料生產拌和階段在內的生產過程碳排放計算方法研究，結合實例進行計算、對比分析和總結，并提出對應的碳減排措施，以期為今后相關工作提供一定的經驗借鑒。

1 碳排放計算方法

1.1 核算理論方法

一般參考聯合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，簡稱IPCC）提出的基于領土邊界的碳排放計算方法和計算內容，其碳排放量計算主要有3 種方式：排放因子法、質量平衡法和實測法。排放因子法主要是根據IPCC提供的碳排放計算基本方程，溫室氣體排放量= 活動數據（AD）×排放因子（EF），該方法簡單、便捷，得到最為廣泛的運用，因此OGFC 生產過程碳排放計算方法建議采用排放因子法。

1.2 系統邊界的確定

建筑碳排放的計算邊界是指與建筑物建材生產及運輸、建造與拆除、運行等活動相關的溫室氣體排放的計算范圍[1]。按此原則，瀝青混凝土生命周期可劃分為混合料生產、現場施工、后期運維、拆除處置4個階段。

將OGFC 生產過程的碳排放分為材料準備和混合料生產拌和兩個階段。其中材料準備又分為原材料準備和原材料運輸兩個階段。

（1）材料準備階段

材料準備階段是指材料被開采并運輸到瀝青混凝土生產拌和基地的過程。在這一階段中，包括了原材料的準備和運輸等能源及服務使用。

在全社會碳排放計算中，瀝青、粗細集料等原材料生產的碳排放在相應的生產、加工和運輸環節中產生，并不在工程施工現場產生。這是由于消耗的材料間接計入了這些材料的生產及運輸碳排放。因此，從消費者角度看，生產階段的碳排放對于道路工程來說屬于間接碳排放。為了更清晰地掌握和分析瀝青混凝土全過程碳排放的情況，我們將原材料準備階段的碳排放計入生命周期碳排放。

（2）混合料生產拌和階段

混合料生產拌和階段指在混合料生產基地內進行混合料的生產和加工的過程。這一階段包括了混合料加熱、拌和等能源及服務使用。

1.3 碳排放因子的取值

理論上，各類能源、材料等的碳排放因子具有顯著的地域性差異，并受到技術、管理等多方面因素的影響。因此，不同地區、不同企業、不同生產批次的能源或材料的碳排放因子也不盡相同。

一般情況下，可采用《2006 年IPCC 國家溫室氣體清單指南》、IPCC 在線排放因子數據查詢系統等國際機構發布的報告及數據庫，國家統計局每年發布的《中國能源統計年鑒》所給出的常用能源生產能耗數據，國家發改委或各省市地方政府發改委公布的區域電網基準線排放因子數據，《省級溫室氣體清單編制指南（試行）》中主要工業產品生產的直接碳排放因子推薦值，《建筑碳排放計算標準》（GB/T 51366—2019）等相關規范、國家和地方標準的指導性數據，以及企業自行核算并經認證的碳排放因子數據、國內科研單位研究成果等。

1.4 碳排放計算公式

為統一單位、計算方便，采用單位混合料重量作為計算功能單位。

將重量為1 t 的OGFC 生產過程分為材料準備階段A、生產拌和階段B 兩個階段。

（1）材料準備階段碳排放計算

將材料準備階段A 劃分為原材料準備階段A1和原材料運輸到廠階段A2兩個階段。

確定第i 種原材料的用量Gi，分項分別為原材料中的瀝青用量G1，碎石集料用量G2，礦粉用量G3、添加劑用量G4及其他材料Gi，并確定第i 種原材料的碳排放因子Cfi，根據以上參數計算原材料準備階段A1的碳排放量EA1：

確定第i 種原材料的平均運輸距離DAi，第i 種原材料運輸到廠的單位重量和運輸距離所消耗能源的碳排放因子QAi，根據以上參數計算原材料運輸到廠階段A2的碳排放量EA2：

將原材料準備階段A1的碳排放EA1和原材料運輸到廠階段A2的碳排放EA2相加，計算材料準備階段A 的碳排放EA：

（2）混合料生產拌和階段碳排放計算

確定瀝青、碎石集料、礦粉、添加劑等原材料送入拌和設備進行加熱和拌和過程中的能源消耗量MBi，混合料在加熱和拌和過程中消耗能源的碳排放因子PBi，根據以上參數計算混合料生產拌和階段B的碳排放EB：

（3）總碳排放計算

計算生產過程總碳排放E：

2 項目應用分析

2.1 混合料配合比設計

以上海市浦東新區高等級道路金海路改建工程建設等項目為例，主路的路面面層采用4 cm 厚度的OGFC，在瀝青混合料配合比設計中，碎石集料用量為88.92%，礦粉用量為6.18%，瀝青用量為4.31%,添加劑為0.59%。具體混合料配合比見表1。

表1 瀝青混合料配合比設計

2.2 碳排放計算

以1 t 為計算功能單位，根據前述碳排放計算公式進行瀝青混合料生產過程各階段碳排放和總碳排放的計算。

（1）原材料準備階段碳排放計算

根據材料分類和地區特點，確定瀝青材料的碳排放因子為248 kgCO2e/t，碎石集料和礦粉的碳排放因子為2.18 kgCO2e/t，RST 添加劑材料的碳排放因子為3360 kgCO2e/t。根據瀝青、碎石集料、礦粉和RST 添加劑材料的用量和碳排放因子，計算原材料準備階段A1的碳排放EA1：

（2）原材料運輸階段碳排放計算

根據原料地和項目位置，確定原材料中瀝青和RST 添加劑采用本地采購、公路運輸方式，碎石集料、礦粉采用外省市采購、船運方式。瀝青、碎石集料、礦粉和RST 添加劑運輸到廠的運輸距離分別為50 km、600 km、600 km 和50 km，確定每噸瀝青、碎石集料、礦粉和RST 添加劑以單位運距計，相對應運輸方式的碳排放因子分別為0.129 kgCO2e/（t·km）、0.015 kgCO2e/（t·km）、0.129 kgCO2e/（t·km）和0.129 kgCO2e/（t·km），根據以上參數計算材料運輸階段A2的碳排放EA2：

則材料準備階段A 的碳排放為：

（3）混合料生產拌和階段碳排放計算

根據本項目瀝青生產基地的設備、工藝條件，確定混合料拌和生產過程中加熱拌和系統電力能源消耗量為2 kWh，瀝青保溫所需天然氣消耗量為0.0192 kJ，冷料加熱系統主燃燒器所需天然氣消耗量為0.336 kJ，電力能源碳排放因子為0.7035 kgCO2/kWh，天然氣燃燒碳排放因子為55.54 tCO2/TJ，根據以上參數計算生產拌和階段B 的碳排放EB：

（4）碳排放總量計算

計算生產1 t 的瀝青混合料的生產過程包括材料準備階段A 和混合料生產拌和階段B 的碳排放E：

3 碳減排措施分析

3.1 碳減排措施

根據各階段和分項的碳排放，計算各階段碳排放占比。原材料準備階段的碳排放為32.59 kgCO2e，占比48.76%；原材料運輸階段的碳排放為19.61 kgCO2e，占比19.61%；混合料生產拌和階段的碳排放為21.13 kgCO2e，占比31.63%。各分項的碳排放和占比見表2。

表2 混合料生產各分項碳排放單位：kgCO2e

其中：各分項中添加劑材料準備階段的碳排放為19.82 kgCO2e，占比29.67%，為最大；其次是主燃燒器天然氣消耗的碳排放為18.66 kgCO2e，占比27.93%；碎石集料和礦粉運輸的碳排放為12.78 kgCO2e，占比19.14%；瀝青材料準備階段的碳排放為10.69 kgCO2e，占比16%。

對表2 進行分析，提出碳減排的主要措施。

（1）原材料準備階段：針對瀝青材料碳排放，采取優化材料配合比、減少瀝青用油量等碳減排措施；針對碎石集料碳排放，采取瀝青混凝土舊料再生利用等碳減排措施；針對礦粉材料碳排放，采取舊料再生利用和環保材料替代等碳減排措施。

（2）原材料運輸階段：針對瀝青材料運輸碳排放，采取原材料就近采購和短距離運輸等碳減排措施；針對碎石集料材料運輸碳排放，采取原材料長距離水路船運，或原材料就近采購和運輸，或本地舊料再生利用等碳減排措施；針對礦粉材料運輸碳排放，采取原材料就近采購和運輸等碳減排措施。

（3）混合料生產拌和階段：采取優化改進拌和廠的混合料拌和工藝，或使用清潔能源燃燒供能，減少瀝青保溫、主燃燒器能源消耗等碳減排措施。

3.2 碳減排對比分析

（1）舊料再生利用

由于本地區道路設施量大，每年翻建老路產生的瀝青混凝土舊料較多，因此可考慮舊料再生利用，減少新購材料量以及長距離運輸油料能耗所產生的碳排放。

若碎石集料中的新舊料比為1∶1，采取減排措施后，碎石集料準備階段的碳排放可降低約0.97 kgCO2e，碎石集料材料運輸階段的碳排放可降低約4 kgCO2e，總碳排放可降低約4.97 kgCO2e。

（2）環保型添加劑材料

添加劑材料的碳排放為19.82 kgCO2e，占比較大，約占29.67%，主要是由于RST 添加劑材料采用化學加工產品，因此若添加劑采用生態環保型材料或使用其他低碳排放的材料替代，可以較大幅度地降低總碳排放。若能在添加劑原材料生產環節降低碳排放30%左右，則總碳排放可減少約5.95 kgCO2e。

（3）拌和基地的節能技術

混合料生產基地在生產拌和階段的主燃燒器天然氣消耗部分的碳排放為18.66 kgCO2e，占比27.93%，因此生產工藝的節能措施也尤為重要。若生產拌和過程降低15%左右的設備能耗，則總碳排放可減少約2.80 kgCO2e。

（4）碳排放總量對比

采取上述三項碳減排措施后，計算得到生產1 t的排水性瀝青面層OGFC-13 瀝青混合料生產過程的總碳排放為53.16 kgCO2e，其中原材料準備階段碳排放為25.67 kgCO2e，原材料運輸階段碳排放為9.16 kgCO2e，混合料生產拌和階段碳排放為18.34 kgCO2e。

碳減排措施前、后各階段碳排放對比見圖1，各分項碳減排對比分析見表3。從圖1 和表3 中的對比看出，采取碳減排措施后，總碳排放由碳減排措施前的66.82 kgCO2e 降低為53.16 kgCO2e，下降約20.4%，碳減排效果顯著。

圖1 碳減排措施前、后碳排放對比圖

表3 各分項碳減排 單位：kgCO2e

4 結語

以排水性瀝青面層OGFC 瀝青混合料為例，公路和城市道路瀝青混凝土路面混合料的生產過程碳排放計算可采用IPCC 提出的排放因子法，計算的系統邊界可分為材料準備和混合料生產拌和兩個階段，其中材料準備又分為原材料準備和原材料運輸兩個階段。按照混合料的配合比設計、原材料的準備情況、生產拌和基地的工藝流程和能源消耗等確定參數，計算各階段的碳排放，最終得到生產過程總碳排放。

建議工作中可結合地區特點，采取瀝青路面廢舊料再生利用、生態環保型添加劑應用和替代、瀝青拌和基地生產工藝改進和節能、優化混合料配合比設計等碳減排措施。通過項目分析，基于各階段、各分項的碳排放和占比數據，采取一些碳減排措施后，顯示碳減排效果比較顯著。

由于我國地域遼闊，各地區存在較為明顯的地域性材料、技術、管理等差異，因此在相關工作中要結合實際情況進行碳排放計算和碳減排措施的研究。