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英国水净零碳:生物溶胶到土地的真正益处

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在黑背景的抽象蓝色泡影

安德鲁·麦克服生物资源过程工程师,以及阿曼达湖,区域解决方案铅污水欧洲,雅各布

1.生物固体管理和循环经济

2019年6月,英国向气候变化法(2008年)介绍了其2050年净零目标修正案(2008年),成为第一个通过净零排放立法的主要经济体。一年的气候变化委员会6月20日的进度报告透露,英国已经远远越野,只有25个关键政策中的1项递送[1]。CCC报告为政府部门提供了具体建议,并突出了Wat的水产行业监管机构,以包括脱碳作为其核心原则之一,鉴于水资源行业的目标,以至于到2030年实现净零。

作为英国的第四个最能集约化产业,水公司已认识到需要气候行动,并正在进行发展净零计划。一些,例如Severn Trent,已经致力于开发基于科学的目标。随着碳排放的范围和规模,在整个城市水循环中解决,该行业在帮助英国实现其2050年的目标和巴黎承诺方面具有关键作用。在其最近的公开信[2]到行业,政府,环境局,饮用水监察局,瓦特和消费者挑战水公司考虑其作用,增加雄心,并实施基于自然的解决方案和净零支持COVID绿色恢复的想法。

生物溶解对土地的再循环是水和污水处理公司(WASC)目前为循环经济贡献的最重要的方式之一,提供了可持续的作物营养素,避免处理垃圾填埋场。重要的是,通过代替碳密集的制造肥料并在土壤中螯合稳定的有机碳,再循环生物溶解土地也可降低碳排放。虽然英国大鼠已经恢复了90%的生物杀死土地,但该行业目前尚未量化了这一回收的环境和碳益处,但尚未考虑其净零路线图。

减少温室气体排放必须是我们快速变暖的星球的优先事项。然而,我们还认为,在今天认识到生物溶解的循环益处的重要性。这些必须更好地理解并能够充分传达 - 特别是对新出现的污染物的影响,特别是对废水和生物溶解剂中的微塑料和聚氟烷基(PFAS)物质的影响越来越多。提高行业雄心壮志,以考虑范围的全部范围3排放[3]是重要的,其中一部分应该理解更广泛的碳影响。

通过量化生物杀死土地的碳益处,英国行业有一个关键的机会,支持在生物溶解体周围的公平和平衡的叙事,更好地认识到福利,并开发未来的可持续循环资源框架。在这里,我们讨论了今天采取行动的重要性。

2.关于生物固体和碳的故事

土壤具有保留应用于它们的有机碳的能力,否则将迅速转移到大气中作为CO2.其中碳转移到土壤导致来自大气的碳的额外转移2,这可以有助于减缓甚至逆转全球变暖和气候危机。估计4 ~ 5 GT CO2每年[5]可以在耗尽的土壤中全球螯合,实施最佳管理实践 - 这相当于全球2018年化石燃料公司的约12%2排放[6]。

在许多情况下,土壤有机碳耗尽,因为历史上的农业实践将短期作物产量置于土壤健康和良好的土壤有机碳管理之上。IPCC报告称,传统耕作方式降解土壤的速度比土壤自然形成的速度快100倍。自20世纪60年代以来,作物产量增加了200%,与此同时,人造氮肥的使用量增加了800%。这说明了一个令人担忧的反馈循环:管理不善的土壤有机碳含量低,需要越来越多的人工制造的、碳密集型的化肥投入,以维持作物产量。

增加了富含有机物质的肥料,例如生物糖类,被认为是土壤有机碳积聚以恢复土壤健康的关键溶液,并提供碳封存以减少全球加热

增加使用富含有机物(如生物固体)的肥料,被认为是积累土壤有机碳、恢复土壤健康和提供碳固存以减少全球变暖的关键解决方案。今天,全球公认的可行气候解决方案纲要——“减少计划”——列出了通过可再生农业将有机废物转化为土壤碳的20个解决方案,以限制全球升温到1.5⁰C[7]。营养管理也排在前20位,即在正确的时间将氮输送到正确的地方,以最大限度地提高利用效率。生物固体通过缓慢释放氮来达到这一目的,而氮的释放会随着春季气温的上升而加速,以适应作物的生长。

This, coupled with the lability of biosolid organic matter, can reduce nutrient leaching and diffuse nutrient pollution – contributing to the Water Industry National Environment Programme’s required environmental outcomes for AMP 7. We can estimate the scale of potential carbon benefits of recycling biosolids to land in terms of the carbon sequestration in soil and the carbon savings from avoided fertiliser usage (Figure 1). Whilst the system is highly complex, we consider a high-level assessment of the carbon benefits of biosolids recycling to land below.

图1所示。温室气体排放和有机碳的来源从生物固体流向土地,土壤保持时间(RT)由生物固体的输入和由土壤特性、耕作方法和环境因素控制的“阀门”决定
图1所示。温室气体排放和有机碳的来源从生物固体流向土地,土壤保持时间(RT)由生物固体的输入和由土壤特性、耕作方法和环境因素控制的“阀门”决定
图1.温室气体排放和有机碳源从生物溶胶和土壤保留时间(RT)造成由生物溶解的土壤(RT),并通过土壤性质,农业实践和环境因素进行“阀门”

3.一种量化碳影响的工业方法

在全球范围内,现有的行业方法[8]以评估生物杀死土地的碳益处,使公用事业公用事业公司评估各种生物杀死管理方案[9]的碳排放和降低潜力,这些碳排放量[9]已被用于评估碳信用[10]。一种方法,如这将为来自英国的生物溶解的生物溶剂的温室气体排放提供有价值的高层了解。我们已经应用了这种方法来估计报告的生物溶解在英格兰,威尔士和苏格兰(每年约930亿吨的干燥固体[11])上提供的生物溶解生产数字的碳益处,并考虑了生物溶解的碳封存和肥料抵消益处再循环(图2)。我们可以将这些碳益处与报告的行业基准排放量比较约2.65米2[12]报告范围1、2和3的排放。这个数字是指示性的,因为全年的实际碳排放量没有公开报告;考虑到这些数据向市民讲述的关于碳排放和水工业的有趣故事,我们将欢迎这些数据的可见度的提高。

我们的评估显示,在考虑更广泛的系统碳排放时,会产生显著的碳效益,并根据下面进一步讨论的假设,计算出对工业的潜在碳效益,可能相当于当前运营碳足迹的10 - 20%。就贡献而言,碳固存是最重要的,尽管它也可能是最可变的(图3)——正如UKWIR的研究所示,不同土壤上分布的生物固体超过20年保持了施用于它们的35 - 60%的有机碳[13]。由于生物固氮对作物的利用率较低(占总氮的10 - 20%),而且生物固氮的施用量限制在250公斤/公顷。这意味着英国农民将继续“补充”人造氮。

拖运和传播的排放相对较小,但取决于运输半径(假设50公里)。野外储存期间甲烷和氧化氮的逃逸释放和氮气后的矿化在展开后代表了生物杀死的最大阳性排放,但仍然不到通过碳螯合提供的碳效率的一半。

图2。英格兰、威尔士和苏格兰的水务公司根据其公布的生物固体产量建立了碳效益模型
图2。英格兰、威尔士和苏格兰的水务公司根据其公布的生物固体产量建立了碳效益模型
图2.基于其出版的Biosolids生产,在英国,威尔士和苏格兰建模的碳效益
图3。对生物固体储存和传播(GHGs)、运输和传播燃料使用、肥料碳效益和碳固存的相对贡献
图3。对生物固体储存和传播(GHGs)、运输和传播燃料使用、肥料碳效益和碳固存的相对贡献
图3。对生物固体储存和传播(GHGs)、运输和传播燃料使用、肥料碳效益和碳固存的相对贡献

我们的计算较高,需要为英国行业发展,但表明了一级英国国家一级模型的益处,为生物溶胶碳的碳撞击量提供量化。It is important to highlight the system complexity: carbon effects are variable and largely depend on the finite capacity of specific soils to protect and retain the more ‘labile’ (less stable) fraction of organic carbon for a meaningful amount of time (as shown in Figure 1). The initial proportions of labile and ‘recalcitrant’ (more stable) carbon in the biosolids input will depend upon the treatment processes used. The extent of manufactured fertilisers offsetting will depend on the crop availability of nutrients, crop nutrient requirement and biosolids application rate. An industry wide model will allow the scale of carbon benefits to be assessed; more detailed methods are likely to be useful to provide accuracy and to develop further emissions mitigation approaches with farmers in catchments.

4.生物溶解于气候危机的一段时间

在未来十年中,英国水公用事业将回收约1000万吨吨的生物溶解,等于约330万吨的有机碳,碳效比高达1200万吨2[15]。大约440,000吨的磷酸盐和类似的氮气也将被回收回到土地[16]用于农业利益。改善了对工业生物杀死土地碳平衡的理解,将支持整体排放量化和减缓所需的。

我们的初步工作总结如下:

  • 量化碳收益.为了准确地开始讲述生物固体碳的故事,需要在全行业范围内对当前实践的排放和碳效益进行了解和量化,首先使用二级工具。这可以通过生物固体保证计划来调整,以符合即将修订的环境许可规例。应该迅速开发一种初始工具。产出碳评估可以纳入现有的行业运营碳核算工作簿,但不能减损减排(例如范围1过程的排放)。
  • 数据收集和分析.水务公司应该整理关于碳固存和从生物固体到土地的更广泛利益的经验数据,并为进一步的合作研究和更详细的分析方法确定数据缺口,以便更好地理解它们在可持续农业中可以发挥的作用。这应该确定如何调整现有的常规抽样以填补空白。
  • 包括碳.水务办公室必须将碳纳入未来的价格评估,并应鼓励行业碳数据集的量化和共享,以改善行业、客户、农民和更广泛的供应链碳合作,并实现必要的创新,以实现净零排放。英国关于生物固体到陆地的监管环境仍然是动态的,并且必须考虑:
  • 环保审批程序规定.之前的生物溶胶对磷酸盐(P)指数为4,没有直接EA监督,可能变得难以向EA合理难以实现。如果最接近工程的土地历来最大地应用,则限制降落到P索引2​​将影响运输。生物杀死土地排放的全面评价将有助于评估和抵消更广泛的生物溶解碳核算中的任何增加的燃料使用排放。
  • 2019-2021新农业账单.将赋予农民的财政支持,以享受土壤健康和环境的做法。生物溶解于土地的申请可能适用于发展的环境土地管理计划(从2024年)的“第1级”支付,尽管这仍然不清楚。对包括碳,营养和土壤效益的生物溶解的公平描述是关键:在该计划中纳入该计划可能会激发生物杀死的使用和行业合作的农民使用的生物溶解和其他净零方法,同时排斥可能会限制生物溶解,以支持其他有机材料和实践禁止生物溶解的申请,例如有机养殖或没有。
  • 新兴的治疗技术.将生物固体分解到土地上或从污泥中进一步回收能量的能力,可能会推动未来对新的热转换技术的吸收。对气化和热解等技术的评估将要求对碳有更全面的了解,例如减少的生物固体对土地的影响和有益的生物炭利用的潜力。

5.净零的路线图:生物固体着陆的好处

建造土壤健康的农业实践增加碳储存,提供了显着更广泛的经济和环境效益 - 如增加的作物产量和提高水质。更好地理解和评估通过更多协作,多学科和交叉部门方法的生物杀死土地的益处。这将允许在目前和将来评估水公司价值链的最大碳效益,为2030年净净零的成功理解和重点关注。

参考

气候变化委员会,英国减排:向议会提交的2020年进展报告(2020)。

[2]https://assets.publishing.service.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_
数据/文件/ 902487 /绿色恢复 - 信到水资源公司-200720.pdf

目前,在碳核算工作簿(CAW)中仅报告了从生物糖的温室气体(例如甲烷和一氧化亚甲烷和氧化亚甲烷)的逃逸释放的范围3排放量来自生物糖葡萄球菌的土地和排放。

[4] Powlson等人,2011,土壤碳封存减缓气候变化:一个重要的重新检查,以识别真实和错误-可在https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/j.1365-2389.2010.01342.x

[5] Paustian,等。(2019)土壤C螯合作为生物负排放策略前线。2019年10月16日,2019年10月16日https://doi.org/10.3389/fclim.2019.00008

[6] R B Jackson等,2019年环境。res。吧。14 121001,可用https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ab57b3

[7]项目绘图六月六月2020年审查 - 可用于https://drawdown.org/solutions/table-of-solutions.

[8]例如由加拿大环境部长理事会(CCME)开发的生物固体排放评估模型(BEAM)。

[9]棕色,S.等人,用于确定生物溶解加工和最终用途的温室气体排放的计算器工具。环境。SCI。技术。44,9509-9515(2010)。

[10]国王县生物溶解计划战略计划2018-2037。

[11] 2018年6月在WW饲养模型中报告的数字https://www.ofwat.gov.uk/regulated-companies/price-review/2019-price-review/data-tables-models/.苏格兰水画来自https://www.waterindustryjournal.co.uk/management-of-biosolids-recycling.

[12]估计来自水英国的幻灯片甲板,在行业信息事件中提供伦敦3月20日的净零水部门。

[13] Nicholson,F.等人,生物溶剂对土壤质量和生育的长期影响。土壤科学,183,3,89-98(2018)。

[14]假设平均存储时间为6个月,包括N2O和CH4排放;模型因子需要更新到英国条件,但提供一个估计。我们假设氮肥补偿15%,磷肥完全补偿100%,有效固碳48% (BEAM默认的中点和Nicholson, F.等人观测的上值)。

假设干固体中有65%的有机物,其中50%是碳。从C到CO2的转换系数是3.67。

[16]假设含有4.4%氮和4.4%磷酸盐的干固体,生物溶解的保证方案。

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此页面上次更新2020年10月27日

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