OGFC 生产过程碳排放计算和碳减排技术研究

凌宏伟，郑晓光，闫国杰，陆文亮

[1.上海浦东建筑设计研究院有限公司，上海市 201206；2.上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092；3.上海浦东路桥（集团）有限公司，上海市 201206]

0 引言

当前关于碳排放计算已成为全球关注的热点问题。建筑行业中的公路和城市道路沥青混凝土路面在原材料准备和运输、混合料拌和生产、沥青混凝土成品运输和现场施工、后期运维过程中会消耗石油、矿石等自然、非再生的资源以及天然气、汽柴油等能源，并产生一定量的碳排放。近年来，由于各地逐步控制铁矿石的采掘、砂石料的产出，公路和城市道路建设所需的相关原材料采购地越来越远，成本也越来越高，因此优化整体原材料供应、施工工艺，节约过程中各环节的资源和能源消耗，实现绿色、高效、低碳发展势在必行。

近年来，为落实响应海绵城市建设理念，排水性沥青面层OGFC 沥青混合料（以下简称OGFC）得到逐步推广应用。其同时具有路面降噪、雨天行车安全等优点，在工程实践中发挥了较好的社会效益和环境效益。

为积极响应“双碳”目标理念，推进新技术、新材料、新工艺的研究和实施，降低道路沥青混凝土路面设计、生产、施工、管养过程的碳排放，确保加快行业“碳达峰”，开展对OGFC 包括原材料准备、原材料运输到生产基地、混合料生产拌和阶段在内的生产过程碳排放计算方法研究，结合实例进行计算、对比分析和总结，并提出对应的碳减排措施，以期为今后相关工作提供一定的经验借鉴。

1 碳排放计算方法

1.1 核算理论方法

一般参考联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，简称IPCC）提出的基于领土边界的碳排放计算方法和计算内容，其碳排放量计算主要有3 种方式：排放因子法、质量平衡法和实测法。排放因子法主要是根据IPCC提供的碳排放计算基本方程，温室气体排放量= 活动数据（AD）×排放因子（EF），该方法简单、便捷，得到最为广泛的运用，因此OGFC 生产过程碳排放计算方法建议采用排放因子法。

1.2 系统边界的确定

建筑碳排放的计算边界是指与建筑物建材生产及运输、建造与拆除、运行等活动相关的温室气体排放的计算范围[1]。按此原则，沥青混凝土生命周期可划分为混合料生产、现场施工、后期运维、拆除处置4个阶段。

将OGFC 生产过程的碳排放分为材料准备和混合料生产拌和两个阶段。其中材料准备又分为原材料准备和原材料运输两个阶段。

（1）材料准备阶段

材料准备阶段是指材料被开采并运输到沥青混凝土生产拌和基地的过程。在这一阶段中，包括了原材料的准备和运输等能源及服务使用。

在全社会碳排放计算中，沥青、粗细集料等原材料生产的碳排放在相应的生产、加工和运输环节中产生，并不在工程施工现场产生。这是由于消耗的材料间接计入了这些材料的生产及运输碳排放。因此，从消费者角度看，生产阶段的碳排放对于道路工程来说属于间接碳排放。为了更清晰地掌握和分析沥青混凝土全过程碳排放的情况，我们将原材料准备阶段的碳排放计入生命周期碳排放。

（2）混合料生产拌和阶段

混合料生产拌和阶段指在混合料生产基地内进行混合料的生产和加工的过程。这一阶段包括了混合料加热、拌和等能源及服务使用。

1.3 碳排放因子的取值

理论上，各类能源、材料等的碳排放因子具有显著的地域性差异，并受到技术、管理等多方面因素的影响。因此，不同地区、不同企业、不同生产批次的能源或材料的碳排放因子也不尽相同。

一般情况下，可采用《2006 年IPCC 国家温室气体清单指南》、IPCC 在线排放因子数据查询系统等国际机构发布的报告及数据库，国家统计局每年发布的《中国能源统计年鉴》所给出的常用能源生产能耗数据，国家发改委或各省市地方政府发改委公布的区域电网基准线排放因子数据，《省级温室气体清单编制指南（试行）》中主要工业产品生产的直接碳排放因子推荐值，《建筑碳排放计算标准》（GB/T 51366—2019）等相关规范、国家和地方标准的指导性数据，以及企业自行核算并经认证的碳排放因子数据、国内科研单位研究成果等。

1.4 碳排放计算公式

为统一单位、计算方便，采用单位混合料重量作为计算功能单位。

将重量为1 t 的OGFC 生产过程分为材料准备阶段A、生产拌和阶段B 两个阶段。

（1）材料准备阶段碳排放计算

将材料准备阶段A 划分为原材料准备阶段A1和原材料运输到厂阶段A2两个阶段。

确定第i 种原材料的用量Gi，分项分别为原材料中的沥青用量G1，碎石集料用量G2，矿粉用量G3、添加剂用量G4及其他材料Gi，并确定第i 种原材料的碳排放因子Cfi，根据以上参数计算原材料准备阶段A1的碳排放量EA1：

确定第i 种原材料的平均运输距离DAi，第i 种原材料运输到厂的单位重量和运输距离所消耗能源的碳排放因子QAi，根据以上参数计算原材料运输到厂阶段A2的碳排放量EA2：

将原材料准备阶段A1的碳排放EA1和原材料运输到厂阶段A2的碳排放EA2相加，计算材料准备阶段A 的碳排放EA：

（2）混合料生产拌和阶段碳排放计算

确定沥青、碎石集料、矿粉、添加剂等原材料送入拌和设备进行加热和拌和过程中的能源消耗量MBi，混合料在加热和拌和过程中消耗能源的碳排放因子PBi，根据以上参数计算混合料生产拌和阶段B的碳排放EB：

（3）总碳排放计算

计算生产过程总碳排放E：

2 项目应用分析

2.1 混合料配合比设计

以上海市浦东新区高等级道路金海路改建工程建设等项目为例，主路的路面面层采用4 cm 厚度的OGFC，在沥青混合料配合比设计中，碎石集料用量为88.92%，矿粉用量为6.18%，沥青用量为4.31%,添加剂为0.59%。具体混合料配合比见表1。

表1 沥青混合料配合比设计

2.2 碳排放计算

以1 t 为计算功能单位，根据前述碳排放计算公式进行沥青混合料生产过程各阶段碳排放和总碳排放的计算。

（1）原材料准备阶段碳排放计算

根据材料分类和地区特点，确定沥青材料的碳排放因子为248 kgCO2e/t，碎石集料和矿粉的碳排放因子为2.18 kgCO2e/t，RST 添加剂材料的碳排放因子为3360 kgCO2e/t。根据沥青、碎石集料、矿粉和RST 添加剂材料的用量和碳排放因子，计算原材料准备阶段A1的碳排放EA1：

（2）原材料运输阶段碳排放计算

根据原料地和项目位置，确定原材料中沥青和RST 添加剂采用本地采购、公路运输方式，碎石集料、矿粉采用外省市采购、船运方式。沥青、碎石集料、矿粉和RST 添加剂运输到厂的运输距离分别为50 km、600 km、600 km 和50 km，确定每吨沥青、碎石集料、矿粉和RST 添加剂以单位运距计，相对应运输方式的碳排放因子分别为0.129 kgCO2e/（t·km）、0.015 kgCO2e/（t·km）、0.129 kgCO2e/（t·km）和0.129 kgCO2e/（t·km），根据以上参数计算材料运输阶段A2的碳排放EA2：

则材料准备阶段A 的碳排放为：

（3）混合料生产拌和阶段碳排放计算

根据本项目沥青生产基地的设备、工艺条件，确定混合料拌和生产过程中加热拌和系统电力能源消耗量为2 kWh，沥青保温所需天然气消耗量为0.0192 kJ，冷料加热系统主燃烧器所需天然气消耗量为0.336 kJ，电力能源碳排放因子为0.7035 kgCO2/kWh，天然气燃烧碳排放因子为55.54 tCO2/TJ，根据以上参数计算生产拌和阶段B 的碳排放EB：

（4）碳排放总量计算

计算生产1 t 的沥青混合料的生产过程包括材料准备阶段A 和混合料生产拌和阶段B 的碳排放E：

3 碳减排措施分析

3.1 碳减排措施

根据各阶段和分项的碳排放，计算各阶段碳排放占比。原材料准备阶段的碳排放为32.59 kgCO2e，占比48.76%；原材料运输阶段的碳排放为19.61 kgCO2e，占比19.61%；混合料生产拌和阶段的碳排放为21.13 kgCO2e，占比31.63%。各分项的碳排放和占比见表2。

表2 混合料生产各分项碳排放单位：kgCO2e

其中：各分项中添加剂材料准备阶段的碳排放为19.82 kgCO2e，占比29.67%，为最大；其次是主燃烧器天然气消耗的碳排放为18.66 kgCO2e，占比27.93%；碎石集料和矿粉运输的碳排放为12.78 kgCO2e，占比19.14%；沥青材料准备阶段的碳排放为10.69 kgCO2e，占比16%。

对表2 进行分析，提出碳减排的主要措施。

（1）原材料准备阶段：针对沥青材料碳排放，采取优化材料配合比、减少沥青用油量等碳减排措施；针对碎石集料碳排放，采取沥青混凝土旧料再生利用等碳减排措施；针对矿粉材料碳排放，采取旧料再生利用和环保材料替代等碳减排措施。

（2）原材料运输阶段：针对沥青材料运输碳排放，采取原材料就近采购和短距离运输等碳减排措施；针对碎石集料材料运输碳排放，采取原材料长距离水路船运，或原材料就近采购和运输，或本地旧料再生利用等碳减排措施；针对矿粉材料运输碳排放，采取原材料就近采购和运输等碳减排措施。

（3）混合料生产拌和阶段：采取优化改进拌和厂的混合料拌和工艺，或使用清洁能源燃烧供能，减少沥青保温、主燃烧器能源消耗等碳减排措施。

3.2 碳减排对比分析

（1）旧料再生利用

由于本地区道路设施量大，每年翻建老路产生的沥青混凝土旧料较多，因此可考虑旧料再生利用，减少新购材料量以及长距离运输油料能耗所产生的碳排放。

若碎石集料中的新旧料比为1∶1，采取减排措施后，碎石集料准备阶段的碳排放可降低约0.97 kgCO2e，碎石集料材料运输阶段的碳排放可降低约4 kgCO2e，总碳排放可降低约4.97 kgCO2e。

（2）环保型添加剂材料

添加剂材料的碳排放为19.82 kgCO2e，占比较大，约占29.67%，主要是由于RST 添加剂材料采用化学加工产品，因此若添加剂采用生态环保型材料或使用其他低碳排放的材料替代，可以较大幅度地降低总碳排放。若能在添加剂原材料生产环节降低碳排放30%左右，则总碳排放可减少约5.95 kgCO2e。

（3）拌和基地的节能技术

混合料生产基地在生产拌和阶段的主燃烧器天然气消耗部分的碳排放为18.66 kgCO2e，占比27.93%，因此生产工艺的节能措施也尤为重要。若生产拌和过程降低15%左右的设备能耗，则总碳排放可减少约2.80 kgCO2e。

（4）碳排放总量对比

采取上述三项碳减排措施后，计算得到生产1 t的排水性沥青面层OGFC-13 沥青混合料生产过程的总碳排放为53.16 kgCO2e，其中原材料准备阶段碳排放为25.67 kgCO2e，原材料运输阶段碳排放为9.16 kgCO2e，混合料生产拌和阶段碳排放为18.34 kgCO2e。

碳减排措施前、后各阶段碳排放对比见图1，各分项碳减排对比分析见表3。从图1 和表3 中的对比看出，采取碳减排措施后，总碳排放由碳减排措施前的66.82 kgCO2e 降低为53.16 kgCO2e，下降约20.4%，碳减排效果显著。

图1 碳减排措施前、后碳排放对比图

表3 各分项碳减排 单位：kgCO2e

4 结语

以排水性沥青面层OGFC 沥青混合料为例，公路和城市道路沥青混凝土路面混合料的生产过程碳排放计算可采用IPCC 提出的排放因子法，计算的系统边界可分为材料准备和混合料生产拌和两个阶段，其中材料准备又分为原材料准备和原材料运输两个阶段。按照混合料的配合比设计、原材料的准备情况、生产拌和基地的工艺流程和能源消耗等确定参数，计算各阶段的碳排放，最终得到生产过程总碳排放。

建议工作中可结合地区特点，采取沥青路面废旧料再生利用、生态环保型添加剂应用和替代、沥青拌和基地生产工艺改进和节能、优化混合料配合比设计等碳减排措施。通过项目分析，基于各阶段、各分项的碳排放和占比数据，采取一些碳减排措施后，显示碳减排效果比较显著。

由于我国地域辽阔，各地区存在较为明显的地域性材料、技术、管理等差异，因此在相关工作中要结合实际情况进行碳排放计算和碳减排措施的研究。