Выбросы парниковых газов и их взаимосвязь с выработкой энергии

Зависимость вырабатываемой энергии и выбросов CO₂

Основной объём выбросов углекислого газа образуется в результате сгорания топлива в процессе выработки электроэнергии и тепла, так необходимых для обеспечения функционирования зданий и комфортного внутреннего микроклимата для их пользователей. Комплексная оценка нагрузки на окружающую среду от строительства объектов недвижимости определяется путём оценки уровня выбросов парниковых газов на всех этапах жизненного цикла (ЖЦ) здания, включая производство строительных материалов, проведение строительных работ, эксплуатацию объекта и снос.

Углекислый газ — парниковый газ, который является одним из самых распространённых в атмосфере.

При оценке воздействия выбросов парниковых газов определяется объём выбросов и поглощений CO₂ в углеродных единицах. Разные парниковые газы принято измерять единым эквивалентом в углеродных единицах — эквивалентом тонн выбросов углекислого газа (CO₂). Например, тонна метана имеет эквивалент, исчислямый в 28 тонн углекислого газа. Различные виды топлива при сжигании выделяют определённый объём углекислого газа (табл. 1).

В настоящее время добровольная инвентаризация выбросов парниковых газов на федеральном уровне и в субъектах России не носит системный характер (табл. 2). В 2017 году инвентаризация была проведена лишь в 11 субъектах Российской Федерации.

В соответствии с приказом Министерства энергетики Российской Федерации от 23 июля 2012 года №340 «Об утверждении перечня предоставляемой субъектами электроэнергии информации», компании, чья суммарная мощность генерации электроэнергии превышает 500 кВт, обязаны предоставлять в Минэнерго России информацию по выбросам парниковых газов. Исходя из доклада, представленного в соответствии с Решением 1/СР. 16 Конференции сторон Рамочной конвенции ООН об изменении климата, доля сегмента «Энергетика» в структуре выбросов парниковых газов российской экономикой составляет 82%. Доли, относящиеся к промышленности, сельскому хозяйству и отходам, колеблются в диапазоне 2–10%.

Выбросы CO₂ от сжигания топлива по странам. Мировые тенденции

Международное энергетическое агентство (International Energy Agency, IEA) составило рейтинг стран в зависимости от объёма углекислого газа, выделяемого от сжигания топлива. Агентство оценивает выбросы углекислого газа при сжигании угля, природного газа, нефти и других видов топлива, включая промышленные и муниципальные отходы.

В табл. 3 приведены данные из 20 стран, которые произвели больше всего углекислого газа в 2015 году (самые последние доступные данные).

Мировая статистика (рис. 1) показывает, что в пересчёте выбросов углекислого газа на душу населения такие страны, как США, Канада, Саудовская Аравия и Австралия обладают самыми высокими показателями.

Одной из причин этого является необходимость сжигания ископаемого топлива для производства электроэнергии и тепла, а также транспортная составляющая, в том числе высокая автомобилизация населения (причём в указанных странах преобладают крупные автомобили с бензиновыми либо дизельными двигателями, которые нельзя назвать экономичными). В Саудовской Аравии сжигание топлива связано с жарким климатом, обуславливающим круглогодичное использование систем охлаждения.

Представленные данные говорят о том, что развитые страны и страны с развивающейся экономикой в целом лидируют по общему объёму выбросов углекислого газа. Развитые страны обычно имеют высокие выбросы CO₂ на душу населения, в то время как некоторые развивающиеся страны лидируют по общим темпам роста выбросов углекислого газа.

Инвентаризация выбросов углекислого газа

Государственное регулирование в России

В рамках реализации распоряжения Правительства России от 22 апреля 2015 года №716-р утверждена Концепция формирования системы мониторинга, отчётности и проверки объёма выбросов парниковых газов в Российской Федерации. Оценка антропогенных выбросов парниковых газов осуществляется по следующим видам парниковых газов: двуокись углерода, метан, закись азота, гидрофторуглероды, перфторуглероды, гексафторид серы и трифторид азота.

Структура эмиссии российской экономики по парниковым газам распределена следующим образом: углекислый газ — 63,1%, метан — 32,4% (до данным council.gov.ru).

Система государственного мониторинга выбросов парниковых газов и поддержка добровольных проектов повышения энергетической эффективности и сокращения выбросов парниковых газов основывается на следующих официальных документах:

1. «Климатическая доктрина Российской Федерации», утверждённая Распоряжением Президента России от 17 декабря 2009 года №861-рп.

2. «Комплексный план реализации Климатической доктрины Российской Федерации за период до 2020 года», утверждённый распоряжением Правительства РФ от 25 апреля 2011 года №730-р.

3. Указ Президента России от 30 сентября 2013 года №752 «О сокращении выбросов парниковых газов».

4. «План мероприятий по обеспечению к 2020 году сокращения объёма выбросов парниковых газов», утверждённый распоряжением Правительства РФ от 2 апреля 2014 года №504-р.

В 2016 году Россия подписала Парижское соглашение по борьбе с изменением климата. Распоряжением Правительства РФ от 3 ноября 2016 года №2344-р был утверждён «План реализации комплекса мер по совершенствованию государственного регулирования выбросов парниковых газов и подготовки к ратификации данного соглашения».

Недавно председатель Правительства Российской Федерации Дмитрий Медведев подписал постановление «О принятии Парижского соглашения» от 21 сентября 2019 года №1228-ПП, таким образом, Россия выразила согласие с обязательностью для неё положений международного договора, но полноценная ратификация Парижского соглашения по климату пока не состоялась.

Практика Соединённых Штатов Америки

Американское Агентство по охране окружающей среды (Environmental Protection Agency, EPA) отслеживает общие выбросы в США, публикуя ежегодные отчёты по инвентаризации выбросов парниковых газов в этой стране. В этом ежегодном отчёте оцениваются общие национальные выбросы и абсорбция парниковых газов, связанные с антропогенной деятельностью на всей территории Соединённых Штатов. Последний доступный отчёт относится к 2017 году, исходя из него можно сделать основные выводы по источникам выбросов парниковых газов:

1. Транспорт (28,9% выбросов парниковых газов). Транспортный сектор составляет наибольшую долю выбросов парниковых газов. Выбросы парниковых газов транспортом в основном происходят от сжигания ископаемого топлива для автомобилей, грузовиков, кораблей, поездов и самолётов. Более 90% топлива, используемого для транспортировки, основано на нефти, — в основном это бензин и дизельное топливо.

2. Производство электроэнергии (27,5%). Производство электрической энергии в Соединённых Штатах составляет вторую по величине долю выбросов парниковых газов. Приблизительно 62,9% электроэнергии поступает от сжигания ископаемого топлива, в основном угля и природного газа.

3. Промышленность (22,2%). Выбросы парниковых газов в американской промышленности в основном происходят от сжигания ископаемого топлива для производства энергии, а также в результате определённых химических реакций, необходимых для производства товаров и различной продукции из сырья.

4. Коммерческие и жилые объекты (11,6%). Выбросы парниковых газов от зданий в Соединённых Штатах возникают в основном из-за сжигания ископаемого топлива для отопления, использования материалов и отходов.

5. Сельское хозяйство (9,0%). Выбросы парниковых газов в сельском хозяйстве происходят от животноводства (коровы являются основным источником выбросов), содержания сельскохозяйственных почв (применение синтетических и органических удобрений, выращивание азотфиксирующих культур, осушение почвы) и производства риса.

Отдельно в отчёте рассматривается и вопрос поглощения парниковых газов. Лесное хозяйство и земельные участки выступают в качестве поглотителя CO₂ из атмосферы (11,1% за 2017 год).

Исходные данные для определения выбросов CO₂ в течение всего жизненного цикла продукции

Информация о выбросах на всех стадиях жизненного цикла используется из экологических деклараций продукции Environmental Product Declaration (EPD), а также из специализированных баз данных типа Impact, Athena, One-Click-LCA.

Экологические декларации продукции проводятся в соответствии с принципами ISO 14025 (Environmental labels and declarations. Type III environmental declarations. Principles and procedures) и должны соответствовать требованиям стандартов EN 15804 (PD standard for sustainability of construction works and services) или ISO 21930 (Sustainability in buildings and civil engineering works — Core rules for environmental product declarations of construction products and services).

Стандарт ISO 14025 позволяет рассчитывать экологические показатели выбранной продукции определённой категории на всех этапах её жизненного цикла.

Итоговые экологические декларации имеют форму технического отчёта, готовятся независимой экспертной организацией на основе исследований жизненного цикла конкретного вида и типа продукции. Зарегистрированная торговая марка Environmental Product Declaration — это глобальная программа для экологических деклараций, основанная на ISO 14025 и EN 15804. Онлайн-база данных EPD в настоящее время содержит более 1100 EPD для широкого спектра категорий продуктов организаций в 45 странах.

Особое внимание следует уделить специфике применяемых стандартов:

1. ISO 21930:2017 предоставляет принципы, спецификации и требования для разработки экологической декларации продукции EPD непосредственно для строительной продукции и систем, используемых в любом типе строительства. ISO 21930:2017 дополняет ISO 14025, предоставляя особые требования к EPD строительных продуктов и услуг. Кроме того, ISO 21930:2017 устанавливает требования к категориям продукции Product Category Rules (PCR), которые должны учитываться при разработке EPD для любой строительной продукции, также стандарт описывает правила расчёта при проведении инвентаризационного анализа Life Cycle Inventory (LCI), определённые экологические индикаторы и результаты оценки воздействия жизненного цикла Life Cycle Impact Assessment (LCIA), которые представляются в EPD.

2. EN 15804. Этот стандарт гармонизирует структуру EPD для строительной отрасли, делая информацию прозрачной и сопоставимой. Стандарт впервые опубликован в 2012 году и официально известен как EN 15804 + A1 «Устойчивость строительных работ. Экологические декларации на продукцию. Основные правила для категории продуктов — строительная продукция». В настоящее время разрабатывается вторая версия стандарта, которая называется EN 15804 + A2. Новая версия соответствует принципам оценки экологического следа продукции Product Environmental Footprint (PEF).

Стандарт EN 15804 не имеет разных правил для разных строительных изделий и предоставляет несколько вариантов методологического выбора. Стандарт описывает последовательность разработки деклараций III типа, предназначенных для оценки устойчивости строительной продукции.

Стандарт EN 15804 описывает структуру для создания трёх различных типов EPD:

• «От колыбели до ворот предприятия» (Cradle-to-Gate) — включает в себя этапы от добычи сырья до этапа производства строительной продукции.
• «От колыбели до ворот предприятия» с опциями — от этапа добычи сырья до транспортировки и изготовления строительной продукции, а также другие выбранные этапы жизненного цикла (например, использование продукта, его техническое обслуживание, восстановление, переработка отходов и т. д.).
• «От колыбели до могилы» (Cradle-toGrave) — включает все этапы жизненного цикла от этапа добычи сырья до утилизации строительной продукции.

На рынке существует несколько программ для проведения оценки жизненного цикла материалов, например, SimaPro, GaBi Software.

Для российских строительных материалов доступно лишь небольшое количество экологических деклараций (в основном это продукция компаний Saint-Gobain, Rockwool и Knauf), поэтому для оценки материалов в российских проектах используются экологические декларации схожих по характеристикам материалов производителей из других стран.

Оценка выбросов на всём ЖЦ — для строительной продукции и зданий

Количественная оценка выбросов, в том числе выбросов парниковых газов на всём жизненном цикле здания является критически важной задачей в период остро стоящей проблемы изменения климата. Только оценив общий объём выбросов можно определить источники наибольших выбросов и предложить решения для их сокращения.

Зачем проводить оценку выбросов на всём жизненном цикле здания?

Есть несколько ответов на этот вопрос:

1. Крупные, а особенно международные инвесторы, арендаторы и другие заинтересованные стороны всё чаще требуют прозрачности, особенно когда речь идёт об углеродном следе и других воздействиях здания на окружающую среду. Оценка выбросов на всём жизненном цикле обеспечивает эту прозрачность.

2. Некоторые инвесторы хотят применения системы сертификации экологически безопасных зданий, таких как BREEAM или LEED, в рамках реализации которых требуется проведение оценки жизненного цикла здания на всех этапах.

3. Наконец, если существует заинтересованность в реализации корпоративной экологической политики, оценка ЖЦ здания является наиболее надёжным способом количественной оценки углерода в цепочке поставок строительных материалов и реализации проекта.

Как проводится оценка ЖЦ здания?

Оценка жизненного цикла здания проводится в три этапа:

1. Импорт данных проектирования из информационных и энергетических моделей здания или расчётных электронных таблиц. Анализ данных для определения возможностей для улучшения проекта по параметру выбросов.

2. Применение альтернативных решений проектирования с целью снижения воздействия от здания на окружающую среду.

3. Итоговый расчёт выбросов с финальными проектными решениями и выбранными строительными материалами.

Оптимизация выбросов за счёт оптимизации энергопотребления и разумного выбора материалов

В качестве примера оценки жизненного цикла и оптимизации выбросов рассматривается проект расширения завода, состоящего из двух частей: эксплуатируемая часть и вновь строящееся расширение. Весь анализ относится к расширяемой части площадью 15 тыс. м². Это проект компании HPBS, оказывающей услуги по экологическому и энергетическому инжинирингу, сертификации зданий по стандартам «зелёного» строительства LEED, BREEAM, WELL.

Оптимизация выбросов на этапе строительства

Первой решённой задачей на этапе проектирования стало проведение оптимизации конструкций здания и подбор строительных материалов с наиболее низким воздействием на окружающую среду. Кроме того, осуществлена общая оптимизация пространства здания и расхода материалов. Результаты оценки жизненного цикла проекта по исходному и оптимизированному зданиям представлены в табл. 4. Из данной таблицы видно, что по всем параметрам имеет место сокращение негативных воздействий по сравнению с исходным зданием. Таким образом, проведённая оптимизация имеет положительный результат.

Оптимизация выбросов на этапе эксплуатации

Далее была выполнена оптимизация энергопотребления здания на этапе эксплуатации методами цифрового моделирования. Во время проектирования здания была создана его виртуальная модель и проверены различные решения для оптимизации расхода энергии.

На данном заводе были применены следующие шаги для снижения энергопотребления и уменьшения выбросов парниковых газов:

1. Шаг 1. Оптимизация расходов энергопотребления зданием и оборудованием. Этот шаг позволил сократить выбросы примерно на 27% ежегодно.

2. Шаг 2. Строительство солнечной электростанции. Солнечная электростанция ежегодно сокращает выбросы парниковых газов примерно на 10%.

3. Шаг 3. Покупка возобновляемой энергии на оптовом рынке. Покупка сертификатов на возобновляемую энергию в настоящий момент не либерализована на российском рынке. Обычная рядовая компания или человек не могут приобрести для себя «зелёную» энергию. Поэтому международным компаниям часто приходится покупать сертификаты за пределами России. «Зелёный» сертификат — это рыночный товар, который подтверждает, что электроэнергия была произведена из возобновляемого («зелёного») источника энергии. Он также называется сертификатом возобновляемой энергии Renewable Energy Certificate (REC) или сертификатом с обязательствами по возобновляемой энергии Renewable Obligation Certificate (ROC). Единицей измерения, используемой в «зелёном» сертификате, обычно является МВт·ч возобновляемой энергии. Покупка сертификатов на возобновляемую энергию компенсирует до 100% выбросов от использования электроэнергии.

4. Шаг 4. Применение автоматизированных алгоритмов покупки энергии на оптовом рынке. Здание может потреблять больше энергии, когда она дешё- вая (например, в ночные часы) и экономить, когда она более дорогая (например, в полдень). Данные алгоритмы являются частью «умных» сетей и называются Demand Response. Такие алгоритмы снижают пиковые нагрузки на сети и повышают надёжность и долговечность энергетической инфраструктуры страны.

5. Шаг 5. Переход на биомассу. На заводе спроектирована отдельная котельная, которая будет обеспечивать теплом, используя биомассу. Топливом могут служить отходы древесного производства, топливные пеллеты, шелуха риса, древесные стружки, лузга подсолнечника и др.

Данные мероприятия позволят заводу вообще не иметь выбросов парниковых газов в процессе эксплуатации (рис. 2).

Оценка выбросов CO₂ на уровне компаний

Раскрывая информацию о политике и мероприятиях, направленных на сокращение выбросов парниковых газов, участие в решениях проблем изменения климата, сокращения лесов, а также ухудшения состояния водных ресурсов, как по количественным, так и качественным характеристикам, компании заявляют о своей открытости, о ведении бизнеса не только в соответствии с принципами экономической целесообразности, но и об уделении большого внимания устойчивому развитию и вопросам сохранения окружающей среды. Компании подтверждают, что их деятельность соответствует целям, установленным в Парижском соглашении по климату 2015 года.

Программы добровольной углеродной отчётности

Углеродная отчётность сегодня является обязательной для отдельных секторов и компаний в нескольких десятках стран. При этом количество компаний, добровольно раскрывающих информацию о своих выбросах и углеродном следе, постоянно увеличивается.

Добровольная углеродная отчётность проводится с использованием стандартов, описывающих методологии и процессы раскрытия информации по выбросам парниковых газов. Организации проводят количественную оценку выбросов парниковых газов с последующим сбором результатов в электронную базу данных и составлением регистра, содержащего информацию по корпоративным выбросам парниковых газов. 

Существуют различные программы углеродной отчётности и организации, занимающиеся разработкой и внедрением методологий расчёта выбросов. Независимая международная добровольная углеродная отчётность представлена GHG Protocol Corporate Standard, Gold Standard, Verified Carbon Standard (VERRA), American Carbon Registry, Voluntary Offset Standard, Climate Action Reserve, Plan Vivo, CarbonFix Standard, Green-e Standard, CDP, EU ETS, DAO IPCI (Платформа интеграции климатических инициатив), а также национальными программами.

Организации и программы реализуют различные задачи, например:

1. Greenhouse Gas Protocol (GHG Protocol) представляет методологию расчёта выбросов для разных секторов промышленного производства (например, целлюлозно-бумажная, деревообрабатывающая промышленность), разных операционных процессов (от работы теплоэлектростанций, холодильного оборудования и пр.), производства продуктов с учётом страны производства (алюминия, аммиака, цемента, железа и стали и пр.).

2. American Carbon Registry (ACR) — осуществляет регистрацию и проверку проектов по компенсации выбросов углерода на основании утверждённых методологий.

3. Carbon Disclosure Project (CDP) представляет глобальную систему раскрытия информации, которая позволяет компаниям, городам и регионам измерять воздействия на окружающую среду и управлять ими.

Торговля квотами на выбросы CO₂

Торговля эмиссионными квотами на выбросы углекислого газа продолжает расти, развиваться и совершенствоваться. Торговля квотами на эмиссии парниковых газов (emissions trading) — рыночный инструмент регулирования выбросов парниковых газов в атмосферу, с помощью которого государства и компании могут продавать или покупать квоты на выбросы парниковых газов на национальном, региональном или международном рынках.

Существуют следующие направления торговли квотами на выбросы:

1. Национальные и государственные системы квотирования, например, европейская СТВ (система торговли выбросами) European Union Emissions Trading System (EU ETS). Правительство устанавливает верхний предел на общий объём выбросов в одном или нескольких секторах экономики. Компании в этих секторах должны обладать разрешением на каждую единицу выбросов. Они могут получить разрешения на выбросы бесплатно либо купить их у государства, а также торговать ими с другими компаниям.

2. Проектная — торговля сокращениями выбросов в рамках проектов. Развитые страны инвестируют в технологии и инфраструктуру сокращения выбросов развивающихся стран.

3. Торговля квотами между странами — в обмен на углеродные квоты страна получает средства, которые должна вложить в мероприятия по снижению выбросов парниковых газов.

Текущие цены на выбросы углерода в рамках по всему миру представлены в табл. 5.

Россия

Правительство РФ разрабатывает законопроект о госрегулировании выбросов парниковых газов, который предлагает введение обязательной углеродной отчётности для крупных эмитентов, а также возможность (на выбор правительства) введения прочих мер регулирования выбросов. Среди мер — целевые показатели для предприятий, сборы (штрафы) за превышение объёмов выбросов, запуск механизма углеродной торговли и поддержка проектов по снижению выбросов. Разработка документа ведётся с ноября 2017 года. О внесении новой версии законопроекта в правительство было объявлено на Климатическом форуме городов в Москве в начале сентября 2019 года.

Развитие рынка в Китае

В 2016 году в китайской провинции Фуцзянь был запущен новый пилотный проект с последующим запуском Национальной системы торговли квотами на выбросы 19 декабря 2017 года. Китайский рынок торговли квотами на выбросы уже обогнал таковой рынок Европейского союза, став крупнейшим мировым углеродным рынком.

Нормативные основы для запуска и поэтапного развития Системы торговли квотами прописаны в Рабочем плане по созданию национальной системы торговли выбросами сектора энергетики, который был одобрен Государственным советом КНР в конце 2017 года. В рамках первой фазы китайский углеродный рынок охватит около 1700 компаний энергетического сектора, выделяющих более 3 млрд тонн CO₂-эквивалента (около 30% от общего количества выбросов Китая).

Утверждена трёхфазная «дорожная карта» развития Системы торговли квотами на выбросы. Первая фаза этой карты сосредоточена на развитии рынка, вторая фаза предусматривает моделирование торговли, а третья фаза касается углубления и расширения, которые начнутся примерно в 2020 году.

Опыт Великобритании. Инструменты реализации торговли

1. Торговля квотами на эмиссии парниковых газов. За торговлю квотами на эмиссии парниковых газов в Великобритании отвечает Министерство окружающей среды, продовольствия и сельского хозяйства (Department for Environment, Food & Rural Affairs, DEFRA).

Cистема торговли квотами на выбросы применима для энергоёмких предприятий. Также все компании, акции которых обращаются на бирже в Великобритании, должны сообщать о выбросах парниковых газов в рамках ежегодной отчётности. Обязательство относятся к компаниям, акции которых торгуются на Лондонской фондовой бирже в европейском экономическом пространстве, Нью-Йоркской фондовой бирже или бирже NASDAQ. Процедура состоит из нескольких шагов:

• проводится расчёт выбросов парниковых газов, производимых каждым типом генерации энергии (приведён на gov.uk);
• готовится отчётность по выбросам;
• создаётся учётная запись на онлайнпортале торговли квотами на выбросы Emissions Trading Scheme Workflow Automation Project (ETSWAP);
• осуществляется торговля квотами несколькими путями:

а. торговля с другими предприятиями;

б. покупка или продажа у посредников, например, банков и специализированных трейдеров;

в. использование услуг брокеров;

г. присоединение к одной из нескольких бирж, которые торгуют квотами;

д. торги на площадках правительства Великобритании или других государств ЕС.

Пример отражения информации по покупке квот: «Приобретены квоты на выбросы, которые возмещают выбросы парниковых газов на 5000 тонн. Квоты являются ”киото-сертифицированными“ (Kyoto-compliant Certified Emission Reductions) и соответствуют механизму Clean Development Mechanism. Квоты предоставлены Carbon Offsetting, Ltd., и относятся к проекту №0939 ”Ютаинский гидроэлектрический проект“».

2. Обязательства по сокращению выбросов CO₂ Carbon Reduction Commitment (CRC) — альтернатива Торговли квотами на выброс парниковых газов (Energy Efficiency Scheme). Данная схема применяется в крупных неэнергоёмких предприятиях (супермаркеты, отели, водопроводные компании, банки, государственные организации, в том числе школы и правительственные ведомства).

Процедура состоит из шагов:

• создание учётной записи на портале The CRC Energy Efficiency Scheme;
• компании обязаны регистрироваться на CRC, если выполняются два условия:

а) есть по крайней мере один установленный почасовой счётчик электроэнергии;

б) используется 6000 МВт·ч или более электричества, подаваемого через установленный почасовой счётчик.

• контроль и отчётность о выбросах от использования газа и электроэнергии;
• покупка квот для покрытия годовых выбросов.

Заключение

В настоящее время вырабатываемое в РФ тепло и электричество являются очень «углеродоёмкими», в связи с тем, что доля ВИЭ в общем объёме энергоресурсов слишком мала. Парижское соглашение по климату принято Постановлением Правительства РФ от 21 сентября 2019 года №1228-ПП, но полноценно ещё не ратифицировано, ранее утверждена концепция по мониторингу и инвентаризации выбросов парниковых газов, что является важным этапом в структурировании информации по выбросам.

России ещё предстоит серьёзный путь по созданию и включению в нормативную базу механизмов поддержки возобновляемой энергетики и вхождению в международный рынок торговли квотами на выбросы. Примеры других стран и развитые международные практики по оценке и сокращению углеродного следа являются хорошей поддержкой при становлении российской системы.