物料衡算法核算天然气产物量(化工原理中物料衡算的依据)

碳排放带来了全球变暖、生物多样性下降等一系列严重的自然环境问题，应对气候变化并向低碳经济转型已成为世界共识。目前，已有127个国家承诺在本世纪中叶实现碳中和，即实现二氧化碳的净零排放，英国、瑞典、法国、新西兰等国已将碳中和写入法律。2020年9月22日，习近平总书记在第75届联合国大会上发表重要讲话，提出中国将提高自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取于2060年前实现碳中和。碳排放核算是衡量碳排放现状、制定低碳发展战略和低碳发展目标的前提与基础。

碳排放核算历史

上世纪末以来，联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)等机构通过大量调研形成了系统的碳排放核算标准。针对国家层面的核算，IPCC于1995年至2019年间发布了一系列《IPCC国家温室气体清单编制指南》，成为世界各国编制温室气体清单的方法和规则。针对城市和企业层面的核算，WRI和WECSD等170余个组织于2004年发布了《温室气体议定书》(GHG Protocol)，提供了几乎所有温室气体度量标准和项目的计算框架。针对企业组织和项目层面的核算，ISO于2006年在GHG Protocol基础上制定了《ISO 14064管理标准体系》，规定了统一的温室气体资料和数据的管理、汇报和验证模式。针对产品和服务生命周期的GHG排放，英国标准协会(BSI)于2008年发布《商品和服务在生命周期内的温室气体排放评价规范》(PAS 2050)。

在国际标准的基础上，我国不断深入推进中国特色全国碳排放权交易市场建设和碳排放核算标准制定工作。2007年国务院颁布了《中国应对气候变化国家方案》，包括中国气候变化的现状和应对气候变化的努力、气候变化对中国的影响与挑战等五部分内容。2009年11月国务院公布了我国温室气体减排目标，即2020年单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40%~45%。2010年10月《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》明确提出“要加快建立生产者责任延伸制度，建立和完善主要污染物和碳排放交易制度”，从此碳排放交易制度的建设有了实践的依据和基础。2011年我国启动了碳市场价格体系，通过碳交易降低了控排企业的减排成本。之后，国家发展和改革委员会于2013年10月、2014年12月和2015年7月共发布了24个行业企业的温室气体排放核算方法与报告指南，对各行业碳排放核算工作程序进行了系统梳理，明确各报告的适用范围、碳排放核算边界、排放源以及相关过程排放核算要求等内容。2015年11月国家标准委批准发布了首批包括《工业企业温室气体排放核算和报告通则》以及发电、钢铁、民航、化工、水泥等10个重点行业温室气体排放管理的11项国家标准，有效解决了温室气体排放标准缺失、核算方法不统一等问题，实现了我国温室气体管理国家标准从无到有的重大突破。截至目前，我国已经陆续发布了13个行业企业碳排放核算国家标准。2021年生态环境部印发了《企业温室气体排放核算方法与报告指南发电设施》和《企业温室气体排放报告核查指南(试行)》，对发电行业重点排放单位的核算和报告进行统一规范，对省级主管部门开展数据核查的程序和内容提出严格要求。2021年7月上线的全国碳排放权交易线上市场是利用市场机制控制和减少温室气体排放、推动绿色低碳发展的一项制度创新，也是落实碳达峰和碳中和的重要核心政策工具。

碳排放的主要核算方法

目前，碳排放量测算主要有实测法、物料衡算法、排放因子法、生命周期法和投入产出分析法五种测算方法。五种方法各有优劣，应根据不同的碳源选取最合适的方法。

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实测法

实测法主要通过监测手段或国家有关部门认定的连续计量设施，测量排放气体的流速、流量和浓度，用环保部门认可的测量数据来计算气体的排放总量。实测法的基础数据主要来源于环境监测站，监测数据是通过科学、合理地采集和分析样品而获得的，而且样品应具有典型性和代表性。计算公式为：CO2排放量=单位换算因子×介质（空气）流量×介质（空气）中CO2浓度。实测法可以针对典型企业进行大规模实际测量，记录燃料、设备及运行工况等数据，从而确定不同行业的CO2排放量。

实测法的优点是中间环节少，结果准确。缺点是消耗人力和物力较大，成本较高，而且要求检测样品具有代表性。该方法适用于小区域、简单生产排放链的碳排放源，或小区域、有能力获取一手监测数据的自然排放源。

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物料衡算法

物料衡算法的基本原理是物质守恒定律，即输入物料量等于输出物料量与物料流失量的和。该方法用输入物料中的含碳量减去输出物料中的含碳量后计算得到二氧化碳排放量，计算公式为：CO2排放量=[∑(输入物料量×输入物含碳量)-∑(输出物料量×输出物含碳量)]×44/12×全球变暖潜势，其中44/12为碳质量转化为CO2的转化系数，全球变暖潜势的数值可参考IPCC提供的数据。

物料衡算法的优点是对产生和排放的物质进行了系统和全面的研究，具有较强的科学性及实施有效性。缺点是工作量大，需要搜集详细的工业生产过程数据，而且全面了解生产工艺、化学反应、副反应和管理等情况。因此，该方法适用于数据基础较好的行业，例如将化石能源既作为燃料又作为生产原料的化工和钢铁行业。

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排放因子法

以政府、企业等为单位计算其在社会和生产活动中各环节直接或者间接排放的温室气体，称作编制温室气体排放清单。排放因子法是IPCC提出的第一种碳排放估算方法，也是目前广泛应用的方法。基本思路是依照碳排放清单列表，针对每一种排放源构造活动数据与排放因子，以投入的能源使用量和排放因子的乘积作为该排放项目的碳排放量估算值。清单范围通常包括：能源活动、工业生产过程、农业活动、土地利用变化、林业及城市废弃物处理等。计算公式为：CO2总排放量=∑（投入的能源使用量×排放因子），其中排放源、燃料和技术类型会导致排放因子不同，投入的能源可按标准统一折算为标准煤，折算因子见《中国能源统计年鉴》。

排放因子法的优点是简单明确易于理解，有成熟的公式、活动数据和排放因子数据库，而且有大量应用实例参考。缺点是碳排放因子受到技术水平、生产状况、能源利用和工艺过程的影响而不确定性较大。该方法适用于社会经济排放源变化较为稳定、自然排放源不是很复杂的情况。

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生命周期法

产品生命周期是指产品生产和使用的全过程，从资源开采开始、到产品废弃结束。该方法以过程分析为基本出发点，对产品生命周期内的能源需求、原材料加工和活动产生的物质排放进行详细研究，从而评价生命周期内的碳排放。计算过程如下：(1) 建立产品的制造流程图，列出全生命周期中所涉及的物质输入输出及关键生产过程；(2) 确定碳排放边界，包括全生命周期所有生产过程中，以及使用和使用后直接和间接产生的温室气体排放；(3) 收集数据，包括活动数据和排放因子；(4) 计算碳足迹，先建立质量平衡方程，确保物质的输入、累积和输出达到平衡，之后计算生命周期各阶段的碳排放量，基本公式为：产品的碳足迹=∑（活动数据×排放因子）。

生命周期法的优点是可以对产品、工序或生产活动的直接或隐含的温室气体排放进行科学和系统的定量核算，有详细的计算过程而且结果比较准确，适合于微观层面的计算。缺点是生命周期阶段和边界的确定比较复杂，边界的限制使得系统完整性较差，需要大量具有时效性的基础数据作为前提条件，进而使得核算成本高且耗时长。生命周期法在碳排放量统计上的应用较少，但现有的尝试已取得了一定成果，例如生命周期法对行业或企业的碳排放现状进行诊断，可以从源头上减少碳排放并减少治理成本。

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投入产出分析法

投入产出法是宏观层面的碳排放核算方法，可以追踪产品生产的直接和间接能源使用及CO2排放情况。投入产出法的计算原理是编制投入产出表来反映经济系统各个部门间的关系，通过里昂惕夫逆矩阵变换得到产品投入与产出之间的对应关系，结合各部门的平均温室气体排放强度数据，计算各部门向终端用户生产产品或提供服务而在整个生产链上产生的温室气体排放量。

投入产出分析法的优点是以整个经济系统为边界，计算经济变化对环境产生的直接和间接影响，综合性较强，而且如果模型选择合适可以节省时间和人力。局限性在于计算部门温室气体排放时，采用部门平均排放强度数据，容易产生误差；核算结果只能用于评价某个部门或产业的温室气体排放情况，不能计算单一产品的排放量；由于我国仅有省级每五年编制一次的投入产出表，因此该方法的时效性较差。该方法适用于计算工业、商业、大的产品群、家庭、政府以及社会经济组织的碳足迹，但是在计算微观个体时效果可能较差。