溫室氣體排放及日本的應(yīng)對措施

宋錦玉，裴明遠(yuǎn)，史春薇

（1. 遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001； 2. 天津工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院， 天津 300387）

隨著人口數(shù)量的增加、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、汽車的普及，歐美、日本等國家的大氣環(huán)境污染程度變得越來越嚴(yán)重。為了降低有害物質(zhì)的排放量，改善大氣環(huán)境，各國政府將汽車尾氣排放法規(guī)應(yīng)用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)車、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)車，同時(shí)制訂了更加苛刻的尾氣排放法規(guī)，汽車廠家也采用了種種高新技術(shù)。但在，汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化上的潛力已有限，因此人們把目光轉(zhuǎn)移到了提高燃料質(zhì)量、開發(fā)生物燃料等石油替代能源方面[1-3]。

據(jù)IEA“2007年世界能源展望”統(tǒng)計(jì)，2005年全世界通過消費(fèi)石油、天然氣和煤炭等排放的二氧化碳總量達(dá)到 270億 t，其中，美國、中國、俄羅斯、日本和印度是5個(gè)最大的二氧化碳排放國，占世界二氧化碳排放總量的50%。隨著對能源需求的增長，預(yù)計(jì)到 2030年二氧化碳排放量將達(dá)到 420億t，將比2005年增長56%[4-6]。

從人口僅占世界人口 2%的日本的情況來看，1990年以來，日本的溫室氣體排放量呈逐年增加的趨勢，2007年日本的總排放量為13億7400萬t，位于世界第5位，與人口數(shù)量為日本人口的7倍的非洲的排放量相當(dāng)[7]。

若要降低全球溫室氣體排放量，達(dá)到京都議定書所制定的目標(biāo)，在2050年左右構(gòu)筑低碳社會(huì)，則需要在2020年出現(xiàn)溫室氣體排放量的拐點(diǎn)，而要達(dá)到這一目標(biāo)，則需要從2013年開始更大幅度地降低溫室氣體排放量[8,9]。

為了實(shí)現(xiàn)到2020年將溫室氣體排放量降低至1990年的75%的中期目標(biāo)，2050年左右構(gòu)筑低碳社會(huì)，日本采取了生產(chǎn)超低硫汽油及柴油、使用生物燃料、實(shí)施ISO 14040等措施。

1 汽油及柴油的無硫化

汽油及柴油中的硫可導(dǎo)致汽車尾氣凈化裝置中催化劑性能的降低，所以一直要求燃料的低硫化。從2005年1月開始，日本開始使用硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10 μg/g的無硫汽油及無硫柴油（硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10 μg/g的汽油、柴油被稱為超低硫燃料或無硫燃料）。根據(jù)世界各大汽車產(chǎn)業(yè)制作的世界燃料質(zhì)量推 薦標(biāo)準(zhǔn)，無硫汽油、無硫柴油可分為4類（表1）。

表1 世界燃料推薦性質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中燃料油硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)的上限值Table 1 The upper limit of sulfur content in fuel oil of world fuel recommended quality standards mg／kg

1.1 柴油

隨著物流的迅猛發(fā)展，柴油機(jī)車排放的NOx及PM引起的大都市的大氣污染越來越嚴(yán)重。1989年12月，為了降低柴油機(jī)車及公共汽車排放的 NOx及 PM，中央公害對策審議會(huì)的報(bào)告“未來降低汽車尾氣排放對策”提出要強(qiáng)化尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)。柴油機(jī)車需要使用尾氣凈化系統(tǒng)，為了使尾氣凈化系統(tǒng)充分發(fā)揮其性能，石油業(yè)界分4個(gè)階段降低了柴油中的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

第一階段：將尾氣的一部分送回到發(fā)動(dòng)機(jī)中，使用降低燃燒溫度的尾氣再循環(huán)（EGR：Exhaust Gas Recirculation）裝置時(shí)，為了防止發(fā)動(dòng)機(jī)被腐蝕，于1992年 10月開始將硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)由 0.5%降到了0.2%。

第二階段：為了使以降低PM排放量為目的而設(shè)置的尾氣后處理裝置充分發(fā)揮其作用，從 1997年10月開始將硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.20%降至0.05%。

第三階段：為了使氧化催化劑、微粒除去裝置及 NOx還元催化劑等更有效地發(fā)揮其作用，2000年石油審議會(huì)石油產(chǎn)品質(zhì)量專門委員會(huì)及中央環(huán)境審議會(huì)第4次報(bào)告決定，到2004年末將硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至50 μg/g，但是石油業(yè)界從2003年4月開始就供給了硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于50 μg/g的柴油。

第四階段：從2005年1月開始實(shí)施的柴油的無硫化（硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10 μg/g），不僅使以同時(shí)脫除NOx及PM為目的的尾氣后處理裝置最大限度地發(fā)揮了其作用，而且改善了有助于應(yīng)對地球變暖問題的柴油的質(zhì)量。

1.2 汽油

為了降低人體對有害物質(zhì)的攝入量，從 1975年開始禁止往普通汽油中添加四烷基鉛，從 1986年開始禁止往優(yōu)質(zhì)汽油中添加四烷基鉛；1996年將汽油中的苯體積分?jǐn)?shù)降至5%，2000年1月再降至1%。規(guī)定汽油中不添加四烷基鉛等含鉛物質(zhì)，將汽油中的苯體積分?jǐn)?shù)降至 1%，是日本為了確保汽油等燃料的質(zhì)量而制訂的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。

作為應(yīng)對光化學(xué)煙霧所采取的措施，2001年將汽油的蒸汽壓標(biāo)準(zhǔn)的上限從78 kPa降至72 kPa，2005年再降至65 kPa，以減少烴的蒸發(fā)量。

從1996年4月開始實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)中，將硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)規(guī)定為100 μg/g，當(dāng)時(shí)煉油廠出廠的汽油的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于100 μg/g。

2005年，將硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至 50 μg/g。接受綜合資源能源調(diào)查會(huì)石油分科會(huì)石油部會(huì)提出的應(yīng)從2008年開始實(shí)施無硫汽油（硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于 10 μ g/g）的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)告，石油業(yè)界從2005年1月開始主動(dòng)將汽油中的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至小于10 μg/g。

2 地球環(huán)境保護(hù)自主行動(dòng)計(jì)劃及實(shí)施情況

為節(jié)省并有效利用能源，構(gòu)筑循環(huán)型社會(huì)，1997年2月日本石油業(yè)界提出了「石油業(yè)界的地球環(huán)境保護(hù)自主行動(dòng)計(jì)劃」。自主行動(dòng)計(jì)劃目標(biāo)見表2[10]。

日本石油業(yè)界實(shí)施地球環(huán)境保護(hù)自主行動(dòng)計(jì)劃的情況如圖1[11]所示。

從圖1可以看出，與1990年相比，2010年煉油廠的能源單耗改善了16%；2010工業(yè)廢棄物的最終處置量降低了97.4%，達(dá)到了降低94%以上的目標(biāo)。另外，2010年工業(yè)廢棄物最終處置率（最終處置量/工業(yè)廢棄物產(chǎn)生量）為 0.5%，達(dá)到了業(yè)界零排放的目標(biāo)。

3 生物燃料的使用

生物燃料是指通過生物資源生產(chǎn)的燃料乙醇和生物柴油，具有環(huán)保、可再生、資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，使用生物燃料是大規(guī)模減排、應(yīng)對地球變暖問題的方法之一[12,13]。

2010年6月，日本提出到2020年將生物燃料的使用量提高到全國汽油使用量的 3%以上。2010年11月，日本又決定到2017年將50萬kL的生物乙醇（換算為原油的量）直接與汽油混合，或混合生物ETBE（Ethyl Tertiary Butyl Ether）作為車用燃料使用。

3.1 生物汽油

將乙醇直接與汽油混合時(shí)，存在如下問題：（1）混入水分則引起相分離；（2）蒸發(fā)引起的排放量增加。為了確保安全，規(guī)定將乙醇直接混入汽油時(shí)，混合的乙醇體積分?jǐn)?shù)應(yīng)小于3%。

為了避免往汽油中直接混入乙醇時(shí)可能產(chǎn)生的問題，石油業(yè)界決定使用混有生物ETBE的生物汽油。從2006年開始至2010年，日本對混合7%的ETBE的汽油進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評估。在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估時(shí)，假定含ETBE的汽油從汽油罐泄漏經(jīng)由地下水被人類所飲用，結(jié)果得出幾乎沒有危害健康的可能性的結(jié)論。另外，風(fēng)險(xiǎn)評估中的毒性指標(biāo)值（0.5 μg/g）、暴露評估中得到的大氣中ETBE 約最大濃度（ 0.009 μg/g）遠(yuǎn)小于吸入致癌性指標(biāo)值（15 μg/g），所以判斷不會(huì)危害人類健康。

另一方面，為了使石油公司能穩(wěn)定及高效地采購到生物ETBE及作為原料的生物乙醇，2007年1月設(shè)立了日本生物燃料供應(yīng)公司(JBSL)。

從2007年4月開始，關(guān)東地區(qū)的50家加油站銷售生物汽油；2011年2月則有約2120家加油站銷售生物汽油。根據(jù)規(guī)定，以生物乙醇及異丁烯為原料合成的ETBE最多可混合7%，但是目前市售的生物汽油中ETBE的混合量僅為大于1%。

生物乙醇對防止地球變暖具有積極的作用，但是在穩(wěn)定供給及經(jīng)濟(jì)性等方面存在問題。

對日本而言，可作為生物乙醇原料的資源少，而且成本也高。目前，有以建筑廢材或纖維素等為原料生產(chǎn)生物乙醇的方法，但是還處于技術(shù)開發(fā)階段。為此，日本進(jìn)口生物乙醇，但是具有出口能力的國家是距日本甚遠(yuǎn)的巴西。

圖1 石油業(yè)界實(shí)施地球環(huán)境保護(hù)自主行動(dòng)計(jì)劃的情況Fig.1 The implementation situation of independent action of earth environmental protection in oil industry

3.2 生物柴油

生物柴油燃料，并不是嚴(yán)格的化學(xué)意義上的定義，是對棕櫚油、廢食用油等油脂進(jìn)行化學(xué)處理而得到的，作為柴油機(jī)車用燃料等使用。油脂的黏度高，所以將甲酯化處理的脂肪酸甲酯（FAME；Fatty Acid Methyl Ester）等物性與柴油相當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)作為車用燃料使用。

很多企事業(yè)單位正在致力于生物柴油燃料的生產(chǎn)及利用。但是產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)過程中副產(chǎn)的甘油及對洗滌廢液的不當(dāng)處理等方面出現(xiàn)了很多問題。為此，制訂了混合生物柴油燃料的柴油的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，于2007年4月開始實(shí)施。混合生物柴油的柴油的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.001%；（2）十六烷指數(shù)大于45；（3）90%餾出溫度小于 360 ℃；（4）脂肪酸甲基酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%～5.0%；（5）甘油三酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.01%；（6）甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.01%；（7）酸值小于0.13 mgKOH/g；（8）甲酸、乙酸、丙酸的合計(jì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.003%；（9）酸值的增幅小于0.12 mgKOH/g。

另外，于 2008年制訂了與柴油混合使用的生物柴油燃料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)JIS K 2390（汽車燃料—混合用脂肪酸甲酯（FAME））。

4 ISO 14000系列

從 1980年開始，以歐美為中心開展了防止產(chǎn)業(yè)活動(dòng)對環(huán)境帶來負(fù)面影響的活動(dòng)。1991年，成立了「企業(yè)可持續(xù)發(fā)展理事會(huì)」（BCSD：The Business Council for Sustainable Development），明確了環(huán)境管理國際標(biāo)準(zhǔn)化的重要性。1993年，正式成立一個(gè)專門機(jī)構(gòu) ISO事務(wù)局環(huán)境技術(shù)委員會(huì) TC（Technical Committee）207，著手制訂環(huán)境管理領(lǐng)域的國際標(biāo)準(zhǔn)，于1996年制訂了與企業(yè)活動(dòng)相關(guān)的環(huán)境管理系統(tǒng)ISO 14001，并于2004年對其進(jìn)行了修訂。

ISO14001，是為了降低企業(yè)生產(chǎn)及提供的產(chǎn)品及服務(wù)對環(huán)境帶來的負(fù)面影響，并進(jìn)一步進(jìn)行改善而設(shè)立的標(biāo)準(zhǔn)，一般是通過第三方得到應(yīng)用系統(tǒng)的認(rèn)證。

1996年4月，日本石油精制有限公司（現(xiàn)在的JX日礦日石能源有限公司）根岸煉油廠在石油行業(yè)首次取得ISO 14001認(rèn)證。以此為開端，日本各公司的煉油廠都開始使用ISO 14001。目前，所有的煉油廠都通過ISO 14001或與其相當(dāng)?shù)南到y(tǒng)自主地進(jìn)行環(huán)境管理。開始時(shí)，主要是制造業(yè)者使用ISO 14 001，但是近年來包括非制造業(yè)者在內(nèi)的企業(yè)及集團(tuán)都在使用ISO 14001。

另外，ISO 14020系列為與商品相關(guān)的環(huán)境影響評價(jià)國際標(biāo)準(zhǔn)[14]。ISO 14020系列標(biāo)準(zhǔn)分為Ⅰ型（ISO 14024）、Ⅱ型（ISO 14021）、Ⅲ型（ISO 14025），其核心是產(chǎn)品和服務(wù)的環(huán)境標(biāo)志和聲明應(yīng)防止貿(mào)易技術(shù)壁壘、準(zhǔn)確、無誤導(dǎo)。這四個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施有利于推動(dòng)綠色市場健康發(fā)展?？梢哉fISO 14020國際標(biāo)準(zhǔn)是全世界產(chǎn)品與服務(wù)的綠色選擇。日本實(shí)施相當(dāng)于Ⅰ型（ISO14024）的標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)束語

日本是全世界最早實(shí)施無鉛汽油的國家，目前也是生產(chǎn)清潔汽油的先進(jìn)國家。日本1975年推行無鉛汽油，徹底無鉛化大約用了17年。1991年開始使用MTBE提高辛烷值；1996年修訂JIS汽油標(biāo)準(zhǔn)并限定汽油苯含量不大于5%[15]。為適應(yīng)世界柴油低硫化的發(fā)展趨勢，日本石油聯(lián)盟早在1989年6月就提出了柴油低硫化目標(biāo)和煉油工業(yè)應(yīng)采取的相應(yīng)措施[15]，日本從2005年開始使用硫含量為50μg/g的汽柴油，2007年就開始使用硫含量為10μg/g的汽柴油[2]。

目前，中國正處于工業(yè)化、城市化快速發(fā)展的階段，因此二氧化碳等溫室氣體排放量的增長勢頭強(qiáng)勁，減排二氧化碳的壓力不斷增大。因此，中國應(yīng)借鑒日本所采取的措施，將二氧化碳減排作為可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略問題加以認(rèn)真研究。

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