填埋场陈腐垃圾焚烧的气候影响动态评估：基于辐射强迫模型的时效性分析

《Environmental Science & Technology》：Incinerating Old Waste from Landfills? An Assessment of Dynamic Climate Change Impacts

本文通过动态生命周期评估（DLCA）方法，首次系统量化了填埋场陈腐垃圾开挖焚烧（IN）与原位封存（LF）两种处理方式在不同时间尺度下对气候变化的影响。研究引入辐射强迫（W/m2）作为核心指标，揭示垃圾填埋年龄对碳排放路径的调控作用：仅当垃圾填埋年龄≤3年时，开挖焚烧在20-50年时间尺度内能降低累积辐射强迫；超过4年的陈腐垃圾则建议原位封存。研究警示传统LCA方法因忽略排放时序差异可能误导政策决策，为碳中和目标下废弃物管理策略提供了动态评估框架。

　　

研究背景与意义

随着中国生活垃圾焚烧产能过剩问题日益凸显（2023年焚烧产能314Mt/年，实际处理量254Mt/年），利用闲置焚烧能力处理填埋场陈腐垃圾的提议引发关注。该研究通过动态生命周期评估（DLCA）方法，首次从气候变化角度系统比较垃圾开挖焚烧与原位封存的长期环境影响，为碳中和目标下的废弃物管理策略提供科学依据。

材料与方法

动态评估框架

以1吨特定年龄的填埋垃圾为功能单位，采用EASETECH模型（V3.6.7）模拟两种情景：

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  开挖焚烧（IN）：在t=0年瞬间完成垃圾焚烧及能源回收
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  原位封存（LF）：计算t=0至100年间的逐年碳排放与能源回收

废弃物特性

设置三种典型生活垃圾组成（WC1-WC3），其中WC1代表当前中国城市垃圾特征：含水率58%，低位热值（LHV）6.5MJ/kg，生物源碳占比19.6%（TS基准）。通过一级降解动力学模型预测填埋场有机质降解路径，区分易降解（如厨余）、可降解（如纸张）和难降解（如塑料）组分。

关键技术参数

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  焚烧厂：发电效率25.8%（LHV基准），内部电耗58kWh/t，忽略运输与开挖能耗
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  填埋场：55%填埋气收集率，其中87%用于发电（效率37%），覆盖膜设计不考虑CH₄氧化

动态表征模型

采用Levasseur提出的DLCA方法，基于伯尔尼碳循环模型计算瞬时辐射强迫（W/m²），替代传统CO₂当量法。通过动态表征因子（DCF）整合碳排放时序与大气滞留效应，公式为：

GWI(t) = Σ_iΣ_j=0^t[g_i]_j·[DCF_i]_t-j

结果与讨论

碳归趋分析

1年填埋垃圾在LF情景下，50%碳排放在前5年释放，CH₄主导早期辐射强迫；而IN情景瞬间释放全部残留碳（生物源+化石源）。10年填埋垃圾的降解活性显著降低，LF情景碳排放量仅为1年垃圾的20%。

辐射强迫时序特征

IN情景的辐射强迫在t=0年出现峰值后缓慢衰减（遵循伯尔尼碳循环模型），而LF情景呈现持续数十年的CH₄累积效应。对于1年垃圾，LF情景在35年内辐射强迫持续高于IN情景；10年垃圾则相反，IN情景始终产生更高辐射强迫。

累积辐射强迫临界点

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  20年尺度：仅当垃圾年龄≤2年时IN更具气候效益
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  50年尺度：临界年龄缩短至≤3年
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  100年尺度：IN仅对年龄≤1年垃圾有效

废弃物组成敏感性

高厨余垃圾比例（WC3）会扩大IN与LF情景的辐射强迫差异，但仅能将临界年龄延后1-2年。填埋气收集效率与焚烧余热回收率的变动对结论影响微弱。

政策启示

传统LCA方法因采用100年尺度平均化表征因子，严重低估CH₄的近期气候影响（如20年GWP_CH4=81.2 vs 100年GWP_CH4=27.9），导致评估结果高度依赖时间尺度选择。动态LCA通过辐射强迫量化实时气候影响，避免生物源碳中性的争议性假设，特别适用于填埋场、堆肥等长周期碳管理场景的决策支持。建议中国在推进"焚烧补缺"策略时，严格限定开挖垃圾年龄阈值（≤3年），并推广DLCA方法用于碳中和路径评估。