中国平板玻璃行业在协同减少空气污染物和二氧化碳排放方面面临的挑战：基于工厂层面的排放清单分析

《Journal of Cleaner Production》：Challenges in the synergistic mitigation of air pollutants and CO 2 emissions from China's flat glass industry: A plant-level emission inventory analysis

中国平板玻璃产业通过整合CEMS数据构建了2021-2023年高分辨率污染物与CO?排放清单，发现PM、SO?、NOx及CO?排放同比下降7.51-16.51%，但现有政策过度侧重空气污染物治理，忽视与碳减排的协同潜力，未来需以CO?为核心优化协同治理策略。

　　

陈少波|曹丽斌|郭静|万如星|刘俊鹏|陈燕|曲家宝|张青宇|沈慧中|王金南

中国内蒙古自治区生态环境科学研究院，呼和浩特，010011

摘要

作为全球最大的平板玻璃生产国，中国占全球产量的50%以上，面临着协调污染减排和碳减排以实现工业可持续发展的战略任务。为了解决这一难题，本研究首次建立了针对中国平板玻璃行业的国家级工厂级排放清单，涵盖了二氧化碳（CO₂）、空气动力学直径≤10 μm的颗粒物（PM）、二氧化硫（SO₂）和氮氧化物（NOx），并采用基于情景的建模方法来优化政策组合以实现协同控制。研究发现，与2021年相比，2023年PM、SO₂、NOx和CO₂的排放量分别减少了7.51%-16.51%。然而，当前的污染-碳控制策略过于侧重于空气污染物的减排，从而错失了同时实现减排最大协同效应的机会。此外，未来情景分析表明，平板玻璃行业减排的主要挑战在于减少CO₂的排放，因为其他空气污染物的排放浓度、排放因子或总排放量预计都会有显著下降。这些发现为制定差异化的减排策略提供了可行的政策建议，并为推动平板玻璃行业的低碳转型和可持续发展奠定了坚实的科学基础。

引言

平板玻璃是一种广泛应用于建筑、包装、光学、家具、汽车制造和光伏等多个领域的关键材料。2021年，全球平板玻璃产量为20.3亿重量箱，其中中国贡献了10.2亿重量箱（NBSC，2022年）。平板玻璃的生产是一个高排放强度的活动，其产生的颗粒物（PM）排放量在所有工业过程中排名前两位（Zhou等人，2021年）；该行业也对温室气体排放做出了重要贡献。在这种背景下，如何实现空气污染物和二氧化碳（CO₂的协同减排，已成为中国平板玻璃行业实现可持续发展的紧迫战略挑战，而现有的研究和政策实践尚未完全解决这一问题。

中国政府已出台多项政策来控制平板玻璃生产设施的污染排放，以减少空气污染物和碳排放。这些政策包括淘汰落后产能（MIIT，2018年）、升级和改造污染控制设施（MIIT，2022a年）以及实施新的排放标准（GB26453-2022）。在这些减排措施中，实施更严格的排放标准所产生的减排效果最为显著。2011年，中国政府制定了新的排放标准，分别规定了空气动力学直径≤10 μm的颗粒物（PM）、二氧化硫（SO₂）和氮氧化物（NO_x的浓度限值（GB26453-2011）（MEE，2011年）。这一排放标准的严格程度与美国（USEPA，1989年）和欧洲（EC，2012年；EUPC，2010年）的相关标准相当。

随后，平板玻璃生产集中的省份，如河北和广东，又出台了更为严格的本地标准，进一步收紧了排放限值（HDEE，2020年）。最近，中国于2023年更新了国家排放标准，将PM、SO₂和NOx的限值分别降至30 mg/m³、20 mg/m³和400 mg/m³（GB26453-2022）（MEE，2022年）。同时，还推出了节能和碳减排政策，要求到2025年至少20%的生产能力达到先进的能效标准（MIIT，2022a年）。这些监管努力凸显了平板玻璃行业对综合污染-碳治理的日益重视。

尽管工业部门对减排的关注度不断提高，但专门针对平板玻璃行业的排放清单仍然十分稀缺。大多数现有研究将平板玻璃生产纳入更广泛的区域或国家级工业排放清单中，这掩盖了行业的特定排放特征、技术差异和减排路径。例如，尽管一些省级人为空气污染物排放清单（包括山东（Zhou等人，2021年）和海南（Xu等人，2023年）的研究）纳入了平板玻璃行业的数据，但这些行业的排放量被汇总在更广泛的工业过程类别中。同样，在国家级排放清单中（Zheng等人，2021年），平板玻璃行业通常被归类在更广泛的建筑材料类别下。这种汇总方式掩盖了行业的特定排放特征，使得研究人员和政策制定者无法准确识别平板玻璃行业的排放量。因此，平板玻璃行业的独特排放模式和控制潜力无法得到准确识别。

此外，最近尝试开发专门针对平板玻璃行业的排放清单（如Zhong等人，2018年的研究）主要依赖于排放因子方法或有限的现场测量数据。此外，以往的研究主要使用自下而上的质量平衡方法或排放因子方法来估算中国平板玻璃行业的空气污染物排放量（Mao和Lu，2014年）。尽管有关中国平板玻璃行业排放的文献日益增多，但仍存在两个关键的研究空白。首先，缺乏高时空分辨率的测量数据导致无法准确反映工厂的实际排放水平。以往的研究（Zhong等人，2018年；Mao和Lu，2014年）依赖于质量平衡方法来计算空气污染物排放量（例如，2015年为136.7千吨SO₂和283.8千吨NOx；2013年为117.7千吨PM、405.3千吨SO₂和366.1千吨NOx），但未结合实际测量数据，导致对工厂排放量的高估和结果的高不确定性。引入精细的工厂级测量数据更符合实际生产情况，能更真实地反映实际排放水平。随着数字监测技术的快速发展，连续排放监测系统（CEMS）数据已广泛应用于水泥（Tang等人，2022年）、钢铁（Bo等人，2021年）和发电（Tang等人，2019年）等高排放行业的排放清单编制中。CEMS数据提供了高频和工厂级的排放信息，显著提高了排放清单的可靠性和空间分辨率。然而，CEMS数据在平板玻璃行业的应用仍然非常有限，阻碍了对排放动态和区域异质性的准确评估。这种遗漏导致空间异质性分析过于宏观，进一步影响了排放估计的准确性。

其次，现有研究缺乏从污染减排和CO₂减排角度系统探讨平板玻璃行业减排机制的探索。由于工业过程中空气污染物和CO₂的来源相互关联，因此已针对平板玻璃生产设施实施了节能和碳减排措施。减排行动计划规定，到2025年，平板玻璃行业20%的生产能力必须达到或超过能效标准；低于该标准的生产能力将被彻底淘汰（MIIT，2022年）。交叉弹性系数（Jiang等人，2021年）表明，CO₂和空气污染物排放之间的协同效应可能更为显著（Chen等人，2006年）。尽管一些研究评估了平板玻璃行业的排放水平和减排潜力，但它们主要关注单一污染物或碳排放的评估，并未明确探讨空气污染物和CO₂之间的协同减排。例如，Shan等人（2023年）评估了秦皇岛市平板玻璃行业的减排潜力，但未能揭示系统的协同减排特征或提供可推广的治理建议。而Xian等人（2023年）虽然利用2010年的数据系统研究了中国平板玻璃企业的碳排放和成本控制策略，但未探讨传统空气污染物和CO₂之间的潜在协同减排作用，因此对协同控制效果的评价不够充分。因此，中国平板玻璃行业仍缺乏全面的污染物和碳减排协同评估。

为了解决这些问题，本研究设定了三个明确的目标：（1）构建2021-2023年中国平板玻璃工厂大气污染物和CO₂的高分辨率时空排放清单；（2）量化空气污染物和CO₂协同减排的实施效果，并确定当前政策干预下的关键协同控制目标；（3）评估减排情景下综合污染-碳治理策略的协同减排潜力。这些发现为中国平板玻璃行业的大气排放特征提供了基础信息，有助于改善空气质量管理和碳排放管理实践。

本研究的主要贡献在于建立了平板玻璃行业的综合工厂级排放清单和协同优化框架，从而能够系统评估空气污染物和CO₂的协同减排。具体而言，本研究做出了三项贡献：（1）通过整合CEMS数据，建立了中国平板玻璃行业的高分辨率工厂级排放清单，大幅降低了排放估计的不确定性；（2）定量揭示了空气污染物和CO₂协同效应的空间异质性，并确定了优先的协同控制区域和目标；（3）通过将排放清单开发与基于情景的政策优化相结合，为高排放行业的综合污染-碳治理提供了方法论支持。

研究范围

本研究范围

本研究仅限于中国平板玻璃行业固定源的直接排放（范围1），包括CO₂和三种典型的空气污染物：PM、SO₂和NOx。排放清单和分析严格基于CEMS数据和平板玻璃生产设施的活动数据。值得注意的是，本研究不涉及范围2（生产设施购买的电力、热能或蒸汽的间接排放）或范围3（其他间接排放）。

空气污染物和CO₂排放

2021-2023年间，空气污染物和CO₂的排放量均呈下降趋势，各自的减排率在3.2%至14.7%之间。2021年，PM、SO₂、NO_x和CO₂的排放量分别为1.09千吨、8.92千吨、24.09千吨和4.89×10⁴吨；2022年分别为1.02千吨、9.67千吨、24.96千吨和4.45×10⁴吨；2023年则分别降至0.91千吨、8.25千吨、22.01千吨和4.31×10⁴吨。

结论与政策启示

本研究建立了中国平板玻璃行业的国家级工厂级排放清单，涵盖了空气污染物和CO₂的排放情况，从而能够全面评估近期监管效果和未来的减排路径。研究结果揭示了一些新的发现。

首先，排放热点主要集中在华北平原和中国南部，占全国生产能力的40%以上。

作者贡献声明

陈少波：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法论研究、数据分析、数据整理。曹丽斌：撰写 – 审稿与编辑、数据分析。郭静：撰写 – 审稿与编辑、监督、方法论研究、概念构思。万如星：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、项目管理、方法论研究、数据分析、概念构思。刘俊鹏：

利益冲突声明

作者声明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

本研究得到了国家自然科学基金（编号72140008）和CPSF博士后奖学金计划（项目编号GZC20250529）的支持。