分析碳汇量和碳足迹

华北落叶松是中国特产的树木品种,主要分布于中国北部地区。其木材也可作为生产木制产品的材料使用。通过对碳汇量和碳足迹的生命周期进行分析,可以使我们更多的发现它能对环境所带来的益处。--伦飞和刘俊国(北京林业大学),刘某承,张丹和李文华(中国科学院)

森林的固碳功能能够从大气中分离出二氧化碳并且存储在生物体内。这也引起了更多人对于缓解二氧化碳排放的关注。木质林产品(HWP)也可以在一段时间内也能够存储一部分的二氧化碳,而且,木质林产品也能作为一些碳排放量较高材料(如钢铁和混凝土)和化石燃料(如石油和煤炭)的替代品。

近年来,由于木质林产品具有缓解碳排放的效果,所以在鼓励人们使用木质林产品方面的呼声也越来越高,使得木质林产品的消耗量正在逐年提升中。木质林产品作为一个巨型碳库,从1990年的59万吨碳/年,呈现出到2040年,将会有近74万吨碳/年的一个增长趋势。因此,越来越多的注意力将聚焦在评估木质林产品的碳储量上。

据国家温室气体清单指出,联合国政府间气候变化专门委员会提出了三种用于评估木质林产品碳储量的方法;而包括俄罗斯,冰岛,美国和中国等国的科学家们将在之后开始进行评估木质林产品碳储量的工作。

然而,木质林产品的生产过程中由于材料消耗的原因,将会产生相关的碳排放并对环境造成一定的影响。此外,木质林产品中所储存的二氧化碳将会在树木死亡后根据处理的方式的不同(如填埋或燃烧),也将分别会以逐渐或立即排放的排放方式进行碳排放。目前,对于木质林产品的生产过程中所造成的环境影响,能源消耗和碳排放量等情况的进一步了解和相关工作正在积极地进行中。

在碳储量和碳排放量方面,木质林产品已经成为了全球碳循环中一个重要的组成部分。因此,对木质林产品的全生命周期中的碳汇量进行充分的追踪是非常有必要的。生命周期评估(LCA)是评估环境负荷,过程和行为相关的物料流时的一种重要工具。

在生命周期评估系统中,一个完整的生命周期需要将从原材料的获取至产品使用后的处置中的所有过程纳入考量范围之内。碳足迹可以用来估算在过程,产品或服务中所直接或间接导致的碳排放总量。每种产品的生产系统和全生命周期中碳排放的碳足迹都是独一无二的。

木质林产品的碳足迹一般定义为生产木质林产品时由于材料消耗(如化石燃料,电力和肥料)所产生的碳排放量之外,还有林业加工过程和生产过程中的碳排放量。此外,充分了解不同木质林产品碳足迹中的差异也是相当重要的,尤其是那些产自于同一片森林的木质林产品。而且,由于木质林产品能够存储森林中的固碳,所以也需要对木质林产品在使用后的二氧化碳净含量进行一份评估。

为了更好地理解碳汇量和碳足迹,这次的研究总共选择了五种典型的木质林产品,而这些产品都来自于主要分布在中国北部的华北落叶松人工林。华北落叶松能够很好地适应低温环境,同时也能在海拔高达2800米的地方生存。

华北落叶松作为一种造林树种,它的木材可以作为建筑,家具,板材,杆子和燃料的材料。因此,以生命周期的分析为基础,对这些来自同一片华北落叶松的不同木质林产品的碳汇量和碳足迹进行一些了解和对比的工作也是很有必要的。

国有林场之一的木兰围场是华北落叶松最主要的分布地点,因为那里的环境非常适合这类树木品种的生长。随着种植时间的越来越长,所以对此也已经出台了一套完整的森林管理方案,而且在林场的附近也有着许多的木制品加工厂。

在木兰围场里,将会有一片裸地负责华北落叶松的种植工作,而它的轮伐期为41年,采伐量约每公顷3300株左右。在收成完成后,将会再次种下新的种子,并进入下一个轮伐期。部分收成的木材会直接作为燃料和杆子使用,而其余的木材将会被送往当地的木制品加工厂进行建筑,家具和板材产品的生产。

林业加工的过程包括育苗,造林,森林管理和林木采伐。因此,在林业加工过程中,二氧化碳会先被森林吸收,然后才会在采伐之后转到木材中。林业加工的碳足迹被定义为由消耗包括化石燃料,肥料和农药等材料在内的碳排放总量。

采伐后的木材将会作为建筑,家具,板材,杆子和薪柴使用。薪柴在采伐的那年将直接作为生物能源进行燃烧处理,而杆子将会被埋在地底以供使用。所以,对用作薪柴和杆子的木材将不会进行任何加工。其他的木材则将会进行进一步的加工处理并生产为建筑,家具和板材等木质林产品。

除了生产木质林产品,在采伐这些木材时所产生的副产品(木材废料)也将作为能源的木材燃料使用。在木质林产品生产过程中所消耗的煤炭和石油所产生的碳排放,将会被计算在木质林产品在生产过程时的碳足迹中。在之前的研究中,对于不同木质林产品的每1立方米的木材消耗量,材料消耗量和副产品生产量已经完成了一份评估。

因此,在木质林产品生产过程中的碳足迹可以通过过程中材料的消耗量和碳排放参数来进行计算。生产过程中的碳汇量将会被重新分配到新木质林产品和副产品(作为燃料的木材废料)上。在作为燃料的副产品中的碳储量可以通过它们的生产量和碳浓度进行估算,而在采伐的木材中所剩余的二氧化碳则将会转移到生产完成的木质林产品中。

根据采访和调查结果发现,薪柴和杆子的生命周期非常短,而其他木质林产品的生命周期则相对较高。此外,对于不同的木质林产品都有着不同的处理方式。在木质林产品的使用和处理过程中,在生命周期结束之后,所存储的二氧化碳将会在处理完成后释放。而如果对处理过的木质林产品进行直接燃烧的话,那所存储的二氧化碳将被立刻排放至大气中。反之,如果对处理后的木质林产品进行填埋处理,那么这些产品中的二氧化碳则将会缓慢地进行碳排放。由于在这些过程中没有外部材料的消耗,所以在木质林产品的使用和处理过程中并不会产生任何的碳排放和碳足迹。

在木质林产品的全生命周期中,碳汇量指的是产品之中所含的二氧化碳。在处理后,木质林产品会以燃烧或填埋的方式进行最后的处理,而所存储的二氧化碳将会以不同方式排放至大气中。所以,木质林产品的完整的碳汇量包括:(1)采伐时的固碳;(2)木质林产品中的二氧化碳;和(3)处理木质林产品时的碳排放。在林业加工和生产过程中材料消耗所导致的碳排放则被视为木质林产品的碳足迹。

这种碳排放量的减少可以被认为是木质林产品碳储存的替换。

 

替换碳储量

由于木质林产品可以替代一些材料和燃料,所以使用木材燃料替代化石燃料也实现了对木质林产品碳储量的替换。

在未来,更多的木质林产品将会被处理,而替换的碳储量将会增加并超越了它们本身的碳储量。因此,木质林产品不仅仅作为延缓大气中碳排放的一个重要的碳库,同时它们的替代碳储量也将会在未来减少碳排放量的方面吸引更多的注意力。

减少全球碳排放量有两种不同的选择,包括:(1)直接减少碳排放量;和(2)间接增加碳储量。木质林产品在减少二氧化碳方面具备了相当大的潜力。

在碳排放量和碳储量方面,相比于家具和板材产品,建筑产品中所含有的二氧化碳净含量也远超于前两种产品。

除此之外,所有的木材燃料和部分处理过的木质林产品都可以通过燃烧而产生能源,这在减少化石燃料消耗的同时也被认为是对减少二氧化碳能够产生正面影响的。此外,为了将来能够更进一步地减少二氧化碳的含量,对于木质林产品也有许多不同的选择,比如利用清洁能源来取代化石燃料或者提升木材燃料的能源利用效率。

 

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