试析基于行业标准的木材生产作业系统碳排放

赵守清

（福建省武夷山国有林场）

试析基于行业标准的木材生产作业系统碳排放

赵守清

（福建省武夷山国有林场）

现代木材生产作业系统的碳排放是引起全社会高度关注的重大课题。本文主要从基于行业标准木材生产作业系统碳排放的研究方法入手，重点对其结果进行了分析，希望能给行业相关人士一定的参考和借鉴。

行业标准；木材生产；作业系统；碳排放

1 引言

当前，全球变暖成为人们共同面临的问题。“碳足迹”作为节能减排的一项量化参数，其概念一经提出，便得到国内外学者积极影响，并进行了深入研究，具体来说其研究层面包含个人碳足迹、产品足迹、服务碳足迹、企业碳足迹、城市碳足迹等内容，涉及电力、煤炭、钢铁、水泥材料生产等众多领域。在研究方法上，主要参考ISO14064标准、PAS2050标准以及温室气体议定书等国际标准。

众所周知，森林是陆地生态系统中最大的碳库，约八成以上的地上碳储量和四成的地下碳储在森林生态系统中发生，其碳汇功能成为人们关注的焦点，然而在实际操作过程中，人们对森林经营活动的碳足迹却研究的比较少，大部分精力仍旧停留在制浆造纸产品的碳足迹上。作为一项森林经营活动，木材生产作业系统的碳排放在一定程度上对生态环境的可持续发展产生一定影响。

2 研究方法

2.1 木材生产作业系统流程

具体来说，木材生产包括采、集、运、贮四个主要环节，从而完成从立木到原料木材的整个转变过程。其中，采伐、打枝、造材可以对木材的形态做出改变，集材、装车、运输、卸车等工序能够有效实现对木材的位移。这些工序能够有效连接成不同的生产流水线，从而形成不同的木材生产工艺类型。就目前而言，我国生产应用最为普及的是原木工艺类型。

木材生产作业系统主要包括三个流程，分别为输入、处理、输出环节，其中自然条件、森林状况、市场情况成为木材生产作业系统的重要影响因素。就目来说，油锯成为伐木、打枝、造材等各个环节中比较常见的设备；拖拉机、索道为主要的集材设备；绞盘机则用于装车机械中；汽车为运材设备；完成木材生产及销售的场所则是木材物流集散中心或者贮木场。

2.2 计算方法

本研究以《林区木材生产能耗》（LY/T1444.1～1444.6-2005）为标准，在标准工序下，对木材生产的综合能耗量予以计算。

（1）油锯燃料消耗量。在整个伐木工作中，油锯生产单位木材消耗的燃料量与森林的海拔高度、树木品种、林场气温、林场等级、木材病腐率、木材积和每hm2出材量等有着密切的关系。其中，气温以及针叶树的比例越低，林场等级、海拔、木材病腐率越高，其相关的能源消耗就会越高。具体来说，油锯伐木的燃料消耗量（kg/m3）的计算公式为：

在公式中，油锯伐木的基本燃料消耗量（kg/m3）用qa1表示，气温的修正系数用Kt1表示，海拔的修正系数用Kh1表示，林场等级的修正系数用Kl1表示，树种的修正系数用Ka1表示，木材病腐率的修正系数用Kb1表示。

（2）集材燃料的消耗量。在行业标准中仅仅列出了索道在进行原木集材过程中的燃料消耗及拖拉机进行原条过程中的能源消耗，其与海拔、气温、坡度、距离以及林场等级有着密切的联系，其中，集材距离及坡度越大，能耗也就相对越高。具体来说，拖拉机的集材燃料消耗量（kg/m3）计算公式为：

而索道的有关集材燃料消耗量（kg/m3）的计算公式为：

在公式中，拖拉机关于集材的基本燃料消耗量（kg/m3）用qa2表示，索道的集材基本燃料消量（kg/m3）用qa3表示，气温的修正系数用Kt2表示，海拔的修正系数用Kh2表示，拖拉机集材坡度的修正系数用Kp2表示，索道集材坡度的修正系数用Kp3表示，林场等级的修正系数用Kl2表示，拖拉机集材距离的修正系数用Kj2表示，索道集材距离的修正系数用Kj3表示。

（3）绞盘机装车设备的燃料消耗量。在行业标准中对2105柴油绞盘机装车燃料消耗量进行了规定，绞盘机装车燃料消耗量（kg/m3）计算公式为：

在公式中：绞盘机装车基本燃料消耗量（kg/m3）用qa4表示，气温修正系数用Kt4表示，海拔高度修正系数用Kh4表示。

（4）汽车运材燃料消耗量。在行业标准中对EQ140汽车及柴油车燃料消耗量进行了规定。单位运距的汽车运材燃料消耗量与海拔、气温、道路等级有着密切联系。汽车运材燃料消耗量［kg/（m3·km）］计算公式为：

在公式中：汽车运材基本燃料消耗量［kg/（m3·km）］用qa5表示，气温修正系数用Kt5表示，海拔高度修正系数用Kh5表示，道路等级修正系数用Kr5表示。

（5）贮木场生产能源消耗量。其能源消耗量（以标准煤计）（kg/m3）的计算公式为：

在公式中：贮木场生产总能耗量（以标准煤计，kg）用Wa6表示，贮木场生产总产量（以标准煤计，m3）用Ma6表示。

3 结果与分析

3.1 数据的选取

将福建闽南地区的木材生产作为研究的主要对象，参考《林区木材生产能耗》国家标准规定的木材生产过程中的基本燃料消耗量（表1），并将木材生产作业分为八种作业方式（表2），假设各作业方式所确定的燃料消耗量均为最高限额。

表1 基本燃料消耗量

表2 木材生产作业模式

3.2 在基本条件下对数据进行分析

依据行业标准中规定的基本燃料消耗量和基本条件，对木材生产作业系统碳排放进行计算。因标准中没有对运材距离予以规定，假设运材距离为40km。当木材生产作业在基本条件下进行时，则认为采集运过程的燃料消耗与基本燃料消耗量基本一致。计算结果详见表3。

表3 直接温室气体排放量

将表3中的计算结果依据八种作业方式予以计算，可以得到如图1所示的总碳排放量。具体来说，主要表现为以下几个方面：①各作业模式的总排放介于9.4050～12.3488kg/m3；②运材段产生的碳排放在各作业模式中均为最多，且在模式Ⅲ中占据的比例最小，在模式Ⅵ中占据的比例最大；③拖拉机集材碳排放在模式Ⅰ中占据的比例最小，在模式Ⅳ中占据的比例最大；④索道集材的碳排放在模式Ⅴ中占据的比例最小，模式Ⅶ中占据的比例最大；⑤贮木场生产过程中，水运到材形成的碳排放要比汽运到材少，而油锯伐木产生的碳排放占据的比例最小为3.2%，最大为4.2%，绞盘机装车所产生的碳排放最少，在模式Ⅰ，Ⅱ，Ⅴ占据的比例最小，在模式Ⅷ中占据的比例最大。由图1可以看出，作业模式Ⅷ产生的碳排放最少，也就是最优的作业模式。所以，为实现木材生产作业系统的节能减排，必须将运材段作为重点来抓。

图1 各作业模式总碳排放

3.3 在平均修正系数条件下对相关数据进行分析

因机械作业时的燃料消耗受海拔高度、气温、坡度等因素的影响，所以要引入修正系数，该系数指的是实际操作条件与基本条件下的燃料消耗量的比值。以我国南方地区为例，并取各修正系数得平均值，见表3，然后将平均修正系数代入式（1）～（5），可以实现对平均条件下木材生产作业系统温室气体排放量的计算，见表4。

表4 平均条件下燃料消耗的修正系数

4 结语

总而言之，生态承载能力已经成为目前制约经济发展的最严重的问题之一。而对采集运设备进行合理选择是木材生产作业过程中实现节能减排的重要方式。具体来说，燃料消耗是采运过程的碳排放主要来源，想要明显降低其在生命周期的碳排放，在实际操作过程中需要做到以下几个方面：①根据林木条件和外部条件对相关设备进行选择，在降低生产成本的同时，提高生产效率；②在设备安排上应对采造设备予以重点关注，使集运材设备的生产力与其保持基本一致的状态，否则极易导致后期集材设备需求激增等情况的出现。就目前而言，福建省大部分林区采用的YJ-4型号油锯，其燃料消耗量远远超过美国、加拿大等发达国家使用的油锯，所以应及时对采伐设备进行更新换代，有效实现降低油耗的目的。同时，在集运材段应考虑对木材运输过程进行如何优化，并尽可能使用新型低碳能源，从源头上减少碳排放。

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1005-7897（2016）08-0047-03

2016-4-14