气候行动驱动的全球铜工业无意产生持久性有机污染物排放变化

《GLOBAL CHALLENGES》：Climate-Action Driven Emission Changes of Unintentional Persistent Organic Pollutants From Global Copper Industry

　　

气候行动正在将铜生产从一次铜冶炼（PCU）转向二次铜冶炼（SCU_RF），后者是无意产生持久性有机污染物（UPOPs）的重要来源。然而，气候驱动的铜工业UPOP排放变化仍鲜为人知。本研究估算了2023–2050年期间，在不同气候情景下，全球及区域铜冶炼子行业排放的六种《斯德哥尔摩公约》所列UPOPs。研究人员采用基于毒性当量（TEQ）的排放量来比较相对毒性能力，同时量化质量排放以反映非TEQ相关的管理相关性。到2050年，净零排放路径下全球UPOP排放量预计将比当前政策路径高出10%–31%。多氯代二苯并-对-二噁英和二苯并呋喃（PCDD/Fs）以及多氯联苯（PCBs）的TEQ排放量，以及六氯苯（HCB）和五氯苯（PeCBz）的质量排放量值得关注。预计SCU_RF将贡献UPOPs总TEQ排放量的62%–98%，使其成为优先控制源，而PCU和高质量废铜直接熔炼（SCU_DM）的HCB和PeCBz质量排放量也应受到关注。气候行动驱动的TEQ排放增长集中在东亚和太平洋地区以及欧洲和中亚地区。这些发现揭示了铜脱碳过程中的污染权衡，并突显了制定针对性控制策略的必要性。

**论文解读：气候行动驱动的全球铜工业无意持久性有机污染物排放变化**

**研究背景与问题**

铜是脱碳技术中不可或缺的关键材料，广泛应用于太阳能、风能等低碳能源系统。为实现气候目标，全球铜工业正加速从一次铜冶炼（PCU）向基于回收的二次铜冶炼（SCU_RF）转型，后者可减少高达85%的温室气体排放。然而，铜冶炼过程会无意产生持久性有机污染物（UPOPs），包括多氯代二苯并-对-二噁英和二苯并呋喃（PCDD/Fs）、多氯联苯（PCBs）、多氯萘（PCNs）、六氯苯（HCB）、五氯苯（PeCBz）和六氯丁二烯（HCBD），这些物质被《斯德哥尔摩公约》列为受控污染物，并具有致癌等健康风险。铜是促进UPOPs生成的最有效催化元素之一，二次铜冶炼的PCDD/Fs和PCBs排放强度高于钢铁、铝冶炼等过程。尽管已有研究量化了部分国家或地区的UPOP排放清单，但现有研究仍存在不足：一是气候情景下的铜产量变化尚未系统整合；二是现有排放清单的行业边界与气候相关铜生产路径的过程分类不完全一致，且对其他冶炼过程（如PCU和高质量废铜直接熔炼SCU_DM）的排放因子（EF）约束不足；三是现有研究主要记录当前排放状态，未考虑气候行动驱动的铜生产结构变化对UPOPs排放子行业分布、过程贡献和控制优先级的重塑。因此，气候行动驱动的铜工业转型如何改变其UPOP排放尚不清楚。阐明这些变化对于衔接现有气候政策与UPOP控制政策、制定协同污染控制策略至关重要。

**研究内容与结论**

研究人员系统综合了全球铜发展趋势，在不同气候情景下汇编了2023–2050年铜产量和结构变化的场景一致性预测。基于结构化文献综述和统计分析，推导了所有铜冶炼子行业六种受控UPOPs的排放因子。评估了不同气候政策力度下全球铜工业UPOP排放的变化趋势，识别了关键排放子行业和区域热点。结果表明：到2050年，净零排放路径（NEZ）下全球UPOP排放量比当前政策路径（STEPS）高出10%–31%；PCDD/Fs和PCBs的毒性当量（TEQ）排放量以及HCB和PeCBz的质量排放量值得关注；SCU_RF预计贡献UPOPs总TEQ排放量的62%–98%，成为优先控制源；而PCU和SCU_DM的HCB和PeCBz质量排放也应受到关注；气候行动驱动的TEQ排放增长集中在东亚和太平洋地区（EAP）以及欧洲和中亚地区（ECA）。这些发现揭示了铜脱碳过程中的污染权衡，突显了制定针对性控制策略的必要性。论文发表在《GLOBAL CHALLENGES》。

**主要关键技术方法**

研究人员采用系统综述方法，从官方机构（如国际铜业协会、国际能源署）和学术研究（如文献[31-34,42-44]）中提取了三种代表性气候情景（STEPS、APS、NEZ）下全球铜产量数据，并按照世界银行区域分类（北美、东亚和太平洋、欧洲和中亚、拉丁美洲和加勒比、中东和北非、南亚、撒哈拉以南非洲）进行区域分配。排放估算采用联合国环境规划署（UNEP）等推荐的排放因子法，通过结构化文献综述和统计分析，从官方清单和同行评审测量数据中推导各子行业UPOPs的排放因子，并对PCDD/Fs、PCBs和PCNs采用毒性当量（TEQ）单位，对HCB、PeCBz和HCBD采用质量单位后转换为TEQ。不确定性分析采用混合不确定性矩阵，结合情景活动水平范围和概率排放因子分布。

**研究结果**

**3.1 气候行动驱动的全球UPOP排放变化**：通过比较不同情景下2023–2050年全球大气UPOP排放，发现所有情景下排放均显著上升，且更严格的气候路径导致更高排放。NEZ下2050年PCDD/Fs的TEQ排放为79–98 g TEQ，PCBs为5.61–6.94 g TEQ，PCNs为0.25–0.30 g TEQ，HCB为25–31 kg，PeCBz为60–74 kg，HCBD为0.30–0.37 kg。总TEQ排放NEZ比STEPS高26%–30%。从源贡献看，SCU_RF在PCDD/Fs、PCBs和PCNs中的排放占比超过98%、81%和94%；而HCB、PeCBz和HCBD的排放从2023年以PCU为主逐渐转向SCU_RF，到2050年NEZ下SCU_RF贡献分别为62%、62%和78%。

**3.2 气候情景下UPOP排放的区域分布**：通过分析NEZ下各区域排放变化，发现EAP和ECA地区总TEQ排放增量最大（分别增加37–50 g TEQ和14–19 g TEQ）。单位铜产量排放强度方面，EAP最高（1.93–1.99 μg TEQ/t铜），其次是ECA（1.71–1.75 μg TEQ/t铜）。子行业来源区域差异显著：在ECA、MENA、SSA、SA和EAP，SCU_RF主导所有六种UPOPs排放；而在北美（NA）和拉美（LAC），PCU和SCU_DM是PCBs、PeCBz和HCB的主要贡献者。

**3.3 对气候行动驱动排放控制的启示**：通过综合分析，得出气候行动将驱动UPOP排放上升并加剧区域污染风险不平等。SCU_RF应优先控制，因其活动水平快速增长且排放强度高；同时PCU和SCU_DM的HCB和PeCBz排放也需监测。上游废料质量标准、原料准入标准和预处理要求应加强，例如废料预清洗可使PCDD/Fs排放因子低至0.3 μg TEQ/t。末端除尘和烟气净化系统改进可进一步减排。从协同气候-UPOP管理角度，应将UPOP排放明确纳入未来气候行动评估和铜行业转型战略。

**讨论与结论**

**总结讨论**：研究人员指出，气候行动可能同时推动UPOP排放上升和区域污染风险不平等加剧。全球UPOP排放预计在所有情景下上升，且越来越集中于SCU_RF。更严格的气候路径意味着更高的铜需求，进一步放大排放增长。EAP和ECA地区TEQ排放增量最大，与亚洲和欧洲在铜回收和清洁能源部署中的突出作用一致，但脱碳效益的地理分布与UPOP负担并不重合，导致区域不平等。随着铜回收增加，对废物流的依赖增强，非正规电子废物拆解和回收可能带来隐藏的毒性风险。在治理和技术应用方面，PCDD/Fs仍是TEQ评价下的主要控制目标，但HCB和PeCBz的质量排放也应作为重要潜在控制目标。SCU_RF应优先控制，同时PCU和SCU_DM的HCB和PeCBz排放需监测。上游废料质量标准、预处理要求以及末端除尘和烟气净化系统改进可抵消部分排放增长。UPOP排放应明确纳入气候行动评估和铜行业转型策略。

**研究结论部分翻译**：这些发现凸显了在子行业和区域层面实施针对性控制的必要性。在SCU_RF中，UPOPs的生成受废料中有机残留物的强烈影响，表明更严格的原料质量控制和废料预清洗应成为UPOP控制的首要任务。这些上游措施还可通过减少废料中有机残留物的燃烧产生气候协同效益，从而实现碳排放和UPOPs的同步削减。需要采用低排放工艺和控制配置，包括改进预处理、高效颗粒物去除和优化烟气处理。在需求侧，情景分析表明，更高的材料效率和生产优化可减缓未来铜需求，从而为减少铜冶炼过程的UPOP排放提供额外途径。不同铜冶炼子行业的控制重点因区域而异：SCU_RF在大多数产铜地区应保持首要控制重点，而在北美和拉美地区，PCU和SCU_DM需给予更多关注。同时，需要加强对电子废物流动的监管，并建立更正规化的拆解和预处理系统，以降低上游风险。