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前言
作為應(yīng)對地球變暖的措施，減少大氣中的二氧化碳（CO?）等溫室氣體（GHG）排放是全球性的課題，自《巴黎協(xié)定》以來，這一問題愈發(fā)重要。其中，將CO?分離-回收并作為燃料、化工產(chǎn)品以及礦物進(jìn)行有效利用和再利用的碳循環(huán)利用技術(shù)，近年來作為有助于CO?減排的技術(shù)備受關(guān)注。在鋼鐵行業(yè)，由于煉鐵過程中會向大氣排放大量CO?，因此回收并循環(huán)利用排放的CO?的技術(shù)應(yīng)用極為重要。另外，碳循環(huán)利用技術(shù)有時也幾乎與CO?有效利用技術(shù)（CCU：碳捕集與利用）技術(shù)同義使用，但在本文中，將包括CCU在內(nèi)的統(tǒng)稱表述為“碳循環(huán)利用技術(shù)”。
在日本，有關(guān)碳循環(huán)利用技術(shù)的引入情況，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省發(fā)布的“碳循環(huán)利用技術(shù)路線圖”中明確列出了具體目標(biāo)值。其中，從生命周期評價（LCA）和成本的角度闡述了合成燃料和混凝土等相關(guān)技術(shù)的CO?減排目標(biāo)值。因此，在引入這些技術(shù)或確定技術(shù)開發(fā)的目標(biāo)值時，有必要進(jìn)行正確的評價。另一方面，碳循環(huán)利用技術(shù)大多由CO?分離-回收、制氫、CO?轉(zhuǎn)化等多個技術(shù)構(gòu)成。由于這些技術(shù)的運(yùn)用條件不同，評價結(jié)果也不同。同樣，評價范圍和CO?計算的方法不同，評價結(jié)果也會不同。但要統(tǒng)一確定這些范圍和方法，達(dá)成全球共識是極其困難的。
本文將概述這些碳循環(huán)利用技術(shù)的評價課題，簡要介紹國內(nèi)外解決這些課題的動向，并提出今后在評價碳循環(huán)利用技術(shù)方面需要采取哪些措施。
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國內(nèi)外關(guān)于碳循環(huán)利用技術(shù)評價的動向和需要解決的課題
2.1國內(nèi)外關(guān)于碳循環(huán)利用技術(shù)的評價方法
在將基于LCA的碳足跡作為基礎(chǔ)來評價碳循環(huán)利用技術(shù)的CO?減排量（效果）的情況下，評價范圍包括CO?固定發(fā)生源、CO?分離-回收、制氫、CO?轉(zhuǎn)化、CO?利用。此外，在制氫方面也需要根據(jù)天然氣的水蒸氣重整和電解水等技術(shù)特性來研究評價范圍。許多研究論文計算了基于ISO14040/14044確定的評價范圍內(nèi)的所有工藝在生命周期中的CO?排放量。將現(xiàn)有產(chǎn)品與通過碳循環(huán)產(chǎn)生的產(chǎn)品在生命周期中的CO?排放量的差值作為碳循環(huán)利用技術(shù)的CO?減排量計算。當(dāng)然，如果評價范圍不同，該生命周期中的CO?排放量和CO?減排量的結(jié)果也不同。
作為總結(jié)碳循環(huán)利用技術(shù)的LCA和經(jīng)濟(jì)性評價方法的一個例子，以歐美為主，由全球二氧化碳倡議（GlobalCO?Initiative）主導(dǎo)制作了“碳捕集與利用生命周期評價指南”。該評價指南對碳循環(huán)利用技術(shù)的LCA和經(jīng)濟(jì)性評價（TEA）規(guī)定了基本準(zhǔn)則，并說明了評價范圍和CO?減排量的計算方法。具體而言，通過現(xiàn)有產(chǎn)品和碳循環(huán)產(chǎn)品的CO?排放量之差來計算碳循環(huán)利用技術(shù)在生命周期中的CO?減排量。但在此時的評價范圍中增加了CO?固定發(fā)生源的“系統(tǒng)擴(kuò)展法（SystemExpansionApproach）”的概念。這個想法與NiklasvonderAssen發(fā)表的“AvoidedBurden（避免負(fù)擔(dān)）”中的思路類似。
另一方面，該方法在CO?固定發(fā)生源側(cè)生產(chǎn)的主產(chǎn)品（如煉鐵廠的粗鐵）與CO?回收再利用側(cè)（如進(jìn)行甲烷化處理合成甲烷）的主產(chǎn)品的功能單位有不同的情況，產(chǎn)生了制鐵側(cè)和合成側(cè)如何分配作為評價結(jié)果的CO?減排量的問題。NiklasvonderAssen認(rèn)為這種方法不適用于碳循環(huán)利用技術(shù)的LCA?！跋到y(tǒng)擴(kuò)展法”除了適用于碳循環(huán)利用技術(shù)的評價以外，也適用于鋼鐵等產(chǎn)品循環(huán)利用時的CO?減排量的計算。不過，像碳循環(huán)利用這樣回收再利用CO?的情況下，分配的方法變得更加復(fù)雜。
此外，有文獻(xiàn)提出了不將CO?固定發(fā)生源納入評價范圍的“單一功能系統(tǒng)（mono-functionalsystem）”的想法。這與被稱為“截斷法（Cut-offApproach）”的想法相近。例如，NilsThonemann實(shí)施的碳循環(huán)利用技術(shù)的元分析（Meta解析）就是在這個評價范圍內(nèi)進(jìn)行。
此外，國際能源署（IEA）的“溫室氣體研發(fā)計劃”中的“二氧化碳捕集和利用技術(shù)的溫室氣體核算——CCU溫室氣體核算指南”也給出了碳循環(huán)利用技術(shù)評價方法指南。此外，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省主導(dǎo)的“CO?計算工作小組”對碳循環(huán)利用技術(shù)評價方法也進(jìn)行了研究。根據(jù)這些研究結(jié)果，國立研究開發(fā)法人新能源·產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）公布了“以研究開發(fā)初期階段的CCU技術(shù)為對象的生命周期CO?排放量簡易評價指南”。該指南按照上述“截斷法”規(guī)定了對生命周期內(nèi)的CO?排放量和CO?減排量進(jìn)行評價的具體步驟，同時也提供了應(yīng)該使用的背景數(shù)據(jù)以及用于評價的簡易工具。
2.2關(guān)于碳循環(huán)利用技術(shù)的評價范圍和分配的觀點(diǎn)
以下詳細(xì)說明在2.1節(jié)中概述的碳循環(huán)利用技術(shù)的評價范圍和CO?減排量分配的觀點(diǎn)。圖1表示在評價范圍中不添加CO?固定發(fā)生源而通過“截斷法”來評價CO?減排量的情況的概念。
如圖1所示，通過碳循環(huán)利用技術(shù)進(jìn)行燃料合成時，CO?減排量通過現(xiàn)有的燃料合成與碳循環(huán)利用技術(shù)的燃料合成的生命周期中CO?排放量的差值求出。在現(xiàn)有的燃料合成中，例如開采化石資源，將其作為燃料加工時，以及使用生成的燃料時會排放CO?。另一方面，在碳循環(huán)利用技術(shù)的燃料合成中，將從CO?固定發(fā)生源分離-回收的CO?加工合成燃料。這個加工過程排放的CO?與現(xiàn)有燃料的情況沒有變化（具體數(shù)值不同）。但燃料使用產(chǎn)生的CO?排放量不在評價范圍內(nèi)，因?yàn)樵贑O?固定發(fā)生源中已經(jīng)進(jìn)行了計算，所以沒有必要進(jìn)行重新計算。因此，采用“截斷法”將CO?固定發(fā)生源置于評價范圍之外時，在使用碳循環(huán)利用技術(shù)的合成燃料中，因燃料使用而產(chǎn)生的CO?排放量為0。
圖2表示通過系統(tǒng)擴(kuò)展法同樣對CO?減排量評價時的概念。如圖2所示，利用系統(tǒng)擴(kuò)展法進(jìn)行減排量評價時，基于碳循環(huán)利用技術(shù)合成燃料的CO?減排量也可以通過現(xiàn)有的燃料合成與基于碳循環(huán)利用技術(shù)的燃料合成的生命周期中的CO?排放量的差值求得。在現(xiàn)有的燃料合成中，除了在化石資源開采、燃料加工以及燃料使用中排放的CO?之外（為了符合碳循環(huán)利用技術(shù)的燃料合成和生成物的條件），還需要加上來自碳循環(huán)利用技術(shù)從CO?固定發(fā)生源排放出的CO?。
另一方面，在基于碳循環(huán)利用技術(shù)的燃料合成中，包含CO?固定發(fā)生源在內(nèi)的CO?分離-回收、合成燃料加工、燃料使用的CO?排放量在評價范圍內(nèi)。來自CO?固定發(fā)生源的CO?排放量計入因使用合成燃料而產(chǎn)生的CO?排放量，因此避免雙重計算。最終的現(xiàn)有燃料合成與基于碳循環(huán)利用技術(shù)的燃料合成的CO?排放量之差，如圖2所示。
利用系統(tǒng)擴(kuò)展法對CO?減排量計算時，也存在上述的分配問題。具體而言，CO?減排量的貢獻(xiàn)量需要在CO?固定發(fā)生源、CO?分離-回收、燃料合成的企業(yè)之間分配。此時，在各個供應(yīng)商的產(chǎn)品不同的情況下，有必要研究如何設(shè)定功能單位。到目前為止，研究論文中提出了各種各樣的方法，如根據(jù)經(jīng)濟(jì)價值進(jìn)行分配等，但尚未提出世界通用的方法。這就是為什么NiklasvonderAssen和其他研究人員認(rèn)為在評估碳循環(huán)利用技術(shù)時不應(yīng)該設(shè)定基于系統(tǒng)擴(kuò)展法的評估范圍的原因。
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結(jié)語
本文介紹了日本國內(nèi)外關(guān)于碳循環(huán)利用技術(shù)評價中的評價范圍的設(shè)定方法以及由此產(chǎn)生的CO?減排量的計算方法的研究趨勢。在此基礎(chǔ)上，具體說明根據(jù)評價范圍不同，CO?減排量的計算方法也不同，同時說明了采用系統(tǒng)擴(kuò)展法進(jìn)行碳循環(huán)利用技術(shù)評價時，應(yīng)解決形成共識的分配問題。
目前，正在開展各種工作來制定碳循環(huán)利用技術(shù)評價的全球通用指導(dǎo)方針。另一方面，分配問題與地域特性和企業(yè)問題的決策有關(guān)，因此方針化變得極其困難。但是，分配方法不應(yīng)局限于一種，應(yīng)提出多種方法，并向國內(nèi)外展示各種評價（計算）方法，從而可以支持評價者自己決定考慮了地域特性和企業(yè)之間狀況的最佳方法。
今后，評價方法不再局限于一種，而是有必要根據(jù)評價者、決策者的情況制定靈活的指導(dǎo)方針。最終目標(biāo)是使通過碳循環(huán)利用而產(chǎn)生的CO?減排量能夠登記在國家自主貢獻(xiàn)（NDC）中，并且進(jìn)一步促進(jìn)作為碳信用使用。關(guān)于為此的評價方法和指南應(yīng)該如何制定，希望進(jìn)一步加強(qiáng)國際對話。
