分析静脉工业园区的运营碳排放及其驱动因素：一项针对该行业的LMDI（生命周期环境影响评估）与情景研究

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Analyzing Operational Carbon Emissions and Drivers in a Venous Industrial Park: A Sector-Specific LMDI and Scenario Study

碳减排潜力研究|静脉工业 park|LMDI方法|行业差异分析|循环经济体系

　　

李建辉|刘静阳|罗一阳|张飞龙|董丽|王娇

中国环境科学研究院环境标准与风险评估国家重点实验室，北京，100012，中国

摘要

静脉型工业园区在循环经济体系中将废物转化为资源，对中国碳减排工作具有重大但尚未充分探索的潜力。本研究考察了一个典型的静脉型工业园区及其主要产业（二次铅回收、再生塑料、二次铝/铜回收以及非静脉型健康产业）从2017年到2021年的情况。我们使用对数平均迪维西亚指数（LMDI）方法分析了排放驱动因素，并预测了截至2035年的减排路径。结果表明，尽管大多数行业的总体排放量有所减少，但二次铅回收和再生塑料仍是最主要的排放源，分别占园区2021年总排放量的60.20%和24.65%。值得注意的是，该园区的排放强度明显低于传统工业区。工业产值是排放增长的主要驱动因素，而能源强度的降低则是主要的减排因素——但在再生塑料产业中，这两个因素最初反而导致了排放量的增加。情景分析证实，通过进一步控制能源强度、优化化石燃料结构以及采用非化石能源，可以实现所有行业的持续减排。本研究为静脉型工业系统的脱碳提供了系统的框架和可行的策略，支持其融入低碳、循环经济体系。

引言

有效减少二氧化碳（CO₂）排放和缓解气候变化的威胁是全球性的关注点[1]、[2]、[3]、[4]。作为主要经济体，中国是全球最大的二氧化碳排放国[5]、[6]，约占全球总排放量的30%[7]。中国积极致力于减少二氧化碳排放[8]，并在2020年的气候雄心峰会上承诺在2030年前达到二氧化碳排放峰值，并在2060年前实现二氧化碳中和（双碳目标）。工业部门是中国乃至全球二氧化碳排放的主要来源[9]、[10]。工业园区作为集中工业活动的典型组织，被认为是实施可持续发展战略的关键点[11]、[12]，例如生态工业园区（EIP）的建立[13]、[14]。随着双碳目标的提出，这些园区在减轻工业活动对碳排放的不利影响方面将发挥越来越重要的作用[15]、[16]、[17]，因此许多关于工业园区二氧化碳排放的研究也随之展开。郭等人[16]、[18]、[19]、[20]对中国213个生态工业园区的能源基础设施碳排放进行了系列研究。王等人[21]揭示了2010年园区内各子行业的碳排放情况。然而，大多数研究仅从园区层面进行探讨，忽略了各行业的特定碳排放结构和特征。王等人[21]分析了预测年份的园区整体排放变化，而没有进一步分析各行业的碳排放情况，尽管在情景分析中考虑了产业结构调整的因素。中国的大部分工业园区都拥有多种不同的产业，形成了上下游一体化的产业链。不同产业具有不同的碳排放特征和减排潜力[22]。将园区内的所有产业视为一个整体不仅掩盖了它们各自的排放模式，也阻碍了将减排成果准确归因于产业重组或技术进步。因此，有必要在行业层面进行研究，分析每个主要行业的碳排放特征，以便为园区的低碳转型提供精准指导。例如，二次铅回收（火法冶金）和再生塑料（主要是机械处理）在能源来源、消耗强度和工艺排放方面存在根本差异。在园区层面进行汇总会掩盖这些关键的技术差异。不同行业的减排驱动因素和可行路径也各不相同。例如，二次铅回收的减排可能依赖于用清洁能源替代高温冶炼过程，而再生塑料的减排则可能集中在提高挤出过程的电能效率上。基于园区层面的目标无法指导这些特定行业的干预措施。“全园区”脱碳策略必须建立在准确的、按行业划分的基准数据和预测基础上。我们的行业层面方法为静脉型工业园区内的每个关键行业提供了制定差异化、可操作政策的必要细节。

为实现“双碳”目标，提出了多种途径，如部署可再生能源、推广节能技术以及开发碳捕获和储存技术[23]。除了单独的技术措施外，还提出了一些基于共生概念的系统解决方案来减少二氧化碳排放。企业或工艺单元之间建立共生关系可以形成生态工业园区（EIP）[24]。静脉型工业园区通过废物和产品的交换，在城市区域与工业部门之间建立了共生关系，这可以减少化石资源的消耗和最终废物的处理量[23]，从而实现显著的二氧化碳减排[3]、[23]、[25]、[26]、[27]、[28]。近年来，从生态效率[29]、碳足迹[30]、共生模型[31]等角度对城市与产业之间建立共生关系的影响进行了大量研究[24]。Minoru等人[23]分析了日本川崎、韩国蔚山和中国沈阳这三个亚洲城市通过城市共生发展低碳产业的可能性。尽管静脉型工业园区在减少碳排放方面发挥着重要作用，但相关研究仍较为有限，缺乏足够的关注。

因此，本研究选取了一个具有代表性的静脉型工业园区，对其园区和行业层面的碳排放特征及驱动因素进行了分析。我们使用对数平均迪维西亚指数（LMDI）模型分析了2017年至2021年的历史排放数据，并预测了截至2035年的未来趋势，重点关注主要产业。本研究旨在明确静脉型工业园区的行业排放结构，并评估其减排潜力。通过提供按行业划分的分析框架，本研究旨在为这类园区的低碳转型提供精准指导，促进循环经济的发展和区域碳目标的实现。

案例园区

我们的案例园区位于安徽省西北部，是一个高科技工业园区（HTD），占地面积为32.66平方公里，包含五个子园区，主要发展四个支柱产业：二次铅回收（Pb）、再生塑料、二次铝铜回收（Al/Cu）以及健康产业。其中，前三个属于静脉型产业。二次铅回收产业涉及从废旧铅酸电池（LABs）中回收铅并制造新的铅酸电池。

HTD的排放与排放强度

HTD的二氧化碳排放量是通过汇总能源相关排放和工艺排放得出的。能源相关排放包括工业生产过程中的能源消耗（C_IEi）、废水处理（C_IEw）和交通运输（C_T）的排放。如图2(a)所示，排放量波动幅度为8.23%，从2017年的638.36千吨下降到2021年的585.75千吨。2017年至2021年间，工业部门的排放量占总排放量的99.50%以上。

结论

本研究分析了2017年至2021年一个静脉型工业园区的二氧化碳排放特征和驱动因素，并预测了其截至2035年的排放路径。结果表明，该园区实现了经济增长与碳排放之间的相对脱钩，总排放量降至585.75千吨，排放强度降至0.75吨/10^5人民币——远低于传统工业园区，凸显了资源回收系统的固有低碳优势。

作者贡献声明

李建辉：撰写初稿、项目管理、方法论研究、数据调查。王娇：数据调查、审稿与编辑、资源协调。罗一阳：撰写初稿、数据调查、概念框架构建。刘静阳：撰写初稿、数据调查、概念构思。董丽：数据调查。张飞龙：审稿与编辑、方法论研究、数据调查。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了中国环境科学研究院中央公益性科学研究所基础研究基金（2022 YSKY-09）和生态环境部生态工业国家重点实验室开放基金（2022KFF-16）的支持。