丞华环卫展

固废甲烷减排

作者:丞华环卫展
2023.11.25

2015年12月20日,中国深圳市发生一起城市垃圾山崩塌事故,造成至少69人死亡,数十座建筑物被摧毁。这场灾难揭示了一个可怕却真实的观念,即社会的废物可能无法受控地堆积,直接威胁我们的生命。然而,除了固体废物的体积和质量之外,还存在着另一种潜在的威胁,即固体废物排放的温室气体所带来的不稳定影响。厦门大学马来西亚分校能源与化学工程学院的Hoy等人报告称,需要迅速且大幅减少全球固体废物部门产生的甲烷排放,才能实现巴黎协定规定的目标。好消息是,这可以通过现有技术和修改行为来实现。相关成果以“Curbing global solid waste emissions toward net-zero warming futures”为题,于2023年11月16日发表在Science上。

避免气候变化的最坏影响迫在眉睫,因此,大规模的解决方案往往引起关注,如电力部门无碳化、交通电气化和提高能效标准。然而,不幸的是,另一个关键的杠杆,即市政固体废物管理却被忽视了,尽管其具有迅速减少碳排放的潜力,以及在全球碳预算中为难以减少的部门(如远程航空和制造业)腾出更多空间的能力。

市政固体废物最终进入填埋场、回收中心、堆肥场和生态系统中。因为固体废物是大气甲烷的主要来源(二氧化碳、甲烷和氧化亚氮是主要温室气体),所以其与全球变暖密切相关。甲烷的分子结构也比二氧化碳更能吸热,负责全球变暖的约三分之一。由于甲烷寿命短暂(在大气中寿命为10.5天;二氧化碳寿命为120年)且是一种非常强大的温室气体,其减少在全球经济迅速限制气候变暖方面具有双重影响。超过100个国家承诺遵守全球甲烷承诺,目标是从2020年到2030年将甲烷排放减少30%。如果不尽快解决固体废物问题,就很难想象能实现这一宏伟目标。因此,对固体废物的迅速行动是实现全球经济在2050年实现零排放(通过从大气中清除碳来平衡碳排放)的关键先决条件。因为与固体废物相关的排放在2016年到2050年之间可能增加超过60%,所以缺乏有力措施将加剧问题。

城市固体废物对可持续发展和气候变化的挑战由来已久。尽管数十年来,分析家和专家们一直呼吁进行可持续的废物管理,国际能源机构也在20年前呼吁迅速采取行动,但这方面的进展甚微。一些人口稠密的富裕国家,如瑞士、日本和韩国,在垃圾填埋场倾倒垃圾需要支付高昂的费用和昂贵的能源,这些国家已优先考虑通过将垃圾转化为能源来减少垃圾填埋场的使用。这也将抵消天然气和煤炭等燃料的使用。虽然这种方法有很多好处,但其主要动机是空间限制和能源成本,而不是减排。

Hoy等人有力地解决了管理全球固体废物部门的甲烷排放如何有助于限制全球变暖的问题。作者利用43个城市固体废物产生量最高的国家(占2016年全球城市固体废物产生量的86%)的纵向数据,以及按国内生产总值(预计人口)计算的废物产生量的面板回归模型,对2020年至2050年的温室气体排放量进行了建模,以填补剩余的数据缺口。处置和处理厂的甲烷排放量是根据政府间气候变化专门委员会的指导方针计算的。总体而言,该研究发现,在 "一切照旧 "的管理路径下,城市固体废物将在2020年至2050年间造成32至35 Gt CO2-we(十亿吨二氧化碳升温当量)的排放量,超过该部门11至27 Gt CO2-we 的排放预算。

图 1 2020至2050年减缓战略与IPCC为实现1.5和2 °C目标的累积排放预算相比的累积温室气体排放路径,单位为 Gt CO2-we。

值得庆幸的是,Hoy等人指出,固体废物处理行业近90%的甲烷排放可以通过现有技术避免。国际能源机构称,截至2021年,消除二氧化碳排放所需的一半技术尚未发明出来。因此,固体废物部门的减排可以跳过昂贵而缓慢的创新阶段,转而关注复杂但必要的行为改变(包括饮食和消费模式的转变)和更新的废物处理过程,如分类、收集和处理。

现有的固体废物处理途径包括填埋、回收、燃烧、堆肥和转化为沼气。Hoy等人评估了低收入、中等收入和高收入国家的四种减排途径,以及这些途径对2020年至2050年减少温室气体排放的累积影响。这些途径包括厌氧消化有机废物并使用其产生的生物甲烷(减排70%);将废物产生量减半(减排63%);堆肥有机废物(减排57%);改造垃圾填埋场,增加沼气捕集系统(减排27%)。好消息是,每种途径都为实现该行业的净零目标做出了不小的贡献。坏消息是,没有一种途径可以100%减排,因此必须同时实施多种解决方案。高收入国家从加工和包装产品中产生大量废弃物,应重点将废弃物产生量减半。中低收入国家的废物流中有机物比例较高,应重点关注厌氧消化。

最终,Hoy等人得出结论,最大限度减少温室气体排放的关键杠杆是减少城市固体废物的数量,并以可持续的方式管理有机废物。然而,要迅速克服实施这些解决方案的行为和组织障碍,需要从道德、环境和财政等角度对社区、行业和政府进行教育和激励。事实证明,社会产生的大量固体垃圾是全球气候变化解决方案的宝贵组成部分。我们每个人都应该有足够的动力去处理它。

内容来自公众号《环境科研人》