基于生命周期的產(chǎn)品碳足跡評價與核算分析

田彬彬 徐向陽 付鴻娟 王 順

（中國礦業(yè)大學（北京）管理學院，北京 100083）

1.引言

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）2007 年發(fā)布的第四次評估報告指出：全球氣候異?，F(xiàn)象，90% 以上的可能性是因溫室氣體（Greenhouse Gas，GHG）排放所致[1]。溫室氣體主要包括二氧化碳（CO2） 、甲烷（CH4） 、氧化亞氮（N2O）、氫氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）、六氟化硫（SF6）、氯氟烴類化合物（CFCs）、氫代氯氟烴類化合物（HCFCs）、臭氧（O3）、水汽（H2O）等。 《京都議定書》明確規(guī)定減排的溫室氣體包括前六種[2]。

日本、英國、美國、中國等國家都已相繼開展了碳足跡相關(guān)評價的研究[3-8]。碳足跡主要包括國家碳足跡、企業(yè)（組織）、產(chǎn)品和服務以及個人碳足跡四大層面。國家碳足跡是指整個國家或城市的總體物質(zhì)與能源的耗用所產(chǎn)生的GHG 排放量。個人碳足跡是指個人日常生活中的衣、食、住、行所導致的GHG 排放量。產(chǎn)品碳足跡是指以產(chǎn)品制造、使用及廢棄階段，全生命周期過程中產(chǎn)生的GHG 排放量。企業(yè)（組織）碳足跡是指與產(chǎn)品碳足跡比較，還包括了非生產(chǎn)性的活動造成的。本文主要圍繞產(chǎn)品碳足跡評價的標準和核算進行分析研究，并以河北盛華化工有限公司生產(chǎn)的PVC產(chǎn)品為例計算了PVC產(chǎn)品的碳足跡，以期對相關(guān)領(lǐng)域碳足跡的評價與核算工作提供一定的借鑒作用。

2.產(chǎn)品碳足跡評價標準與步驟

基于生命周期的碳排放核算標準主要面向產(chǎn)品或服務層面，給出了對某產(chǎn)品或服務在生命周期的碳排放估算方法和規(guī)則。ISO 將生命周期定義為[8]，通過確定和量化與評估對象相關(guān)的能源消耗、物質(zhì)消耗和廢棄物排放，來評估某一產(chǎn)品、過程或事件的壽命全過程，包括原材料的提取與加工、制造、運輸和銷售、使用、再使用、維持、循環(huán)回收，直到最終的廢棄。因此各個核算標準制定的關(guān)鍵在于收集整理產(chǎn)品生命周期各個階段的碳排放數(shù)據(jù)，并采用適當方法進行碳排放估算。

2.1 產(chǎn)品碳足跡評價標準

現(xiàn)今較為主流的核算標準有PAS 2050（2008）和ISO 14040/14044（2006）。許多跨國企業(yè)在銷售產(chǎn)品時附在產(chǎn)品外包裝上的產(chǎn)品碳足跡標簽即通過這些標準計算所得。國際間主要產(chǎn)品碳足跡評價相關(guān)標準及執(zhí)行規(guī)范如表1所示。

表1 國際間主要碳足跡評價相關(guān)標準及執(zhí)行規(guī)范

碳足跡評價的產(chǎn)品包括商品和服務兩部分。產(chǎn)品碳足跡涉及標準主要有PAS 2050 以及TS Q 0010，目前已有的碳足跡評價案例大部分都是采用英國（BSI）2008 年出版的PAS 2050及其指導文件為評價標準。產(chǎn)品碳足跡評價標準基本都以生命周期評價（Life Cycle Assesment，LCA） 為方法論，評價的是產(chǎn)品全生命周期的碳足跡，不僅包括產(chǎn)品的某個階段，更需要追溯至原料開采、制造，及最終廢棄處理階段，均需納入碳足跡的計算范圍，要達成此目的，需應用LCA方法提升碳足跡計算的可信度與便捷性。國際標準組織ISO則于1996年起發(fā)布了ISO 14040/44 系列標準，制定LCA 應用到環(huán)境管理上的標準評價架構(gòu)及步驟。

2008年10月，英國標準協(xié)會出版了PAS 2050執(zhí)行規(guī)范及其指導文件，旨在對產(chǎn)品和服務生命周期內(nèi)溫室氣體排放的評價要求做出明確的規(guī)定。該規(guī)范在幫助企業(yè)管理自身產(chǎn)品和服務的碳排放外，還希望協(xié)助企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、使用、運輸?shù)雀鱾€階段尋找降低碳排放的機會，以達到最終生產(chǎn)出低碳產(chǎn)品的目的。這是第一部通過統(tǒng)一的方法評價產(chǎn)品生命周期內(nèi)溫室氣體排放的規(guī)范性文件。

2009年3月，日本出臺了碳足跡產(chǎn)品分類規(guī)則（The criteria on developing CF product category rules）可以用于所有商品和服務項目，同年4 月發(fā)布了日本國家標準TS Q 0010產(chǎn)品碳足跡量化和溝通基本準則。TS Q 0010 與PAS 2050 在內(nèi)容和執(zhí)行步驟上基本一致，TS Q 0010 比較強調(diào)依據(jù)ISO 14025 產(chǎn)品分類規(guī)則對產(chǎn)品進行分類，并對分類規(guī)則加以完善。

2.2 產(chǎn)品碳足跡評價基本步驟：

2.2.1 建立進程圖

包括物質(zhì)流、能源流和廢料流，確認對所選產(chǎn)品生命周期有影響的材料、活動及過程。根據(jù)生命周期涵蓋階段的不同建立不同的進程圖，首先應確認選定產(chǎn)品對象屬于B2C 或B2B 。

B2C：評價內(nèi)容從原材料、過程制造、分銷和零售，到消費者使用，以及最終處理和再生利用的全生命周期溫室氣體排放評價，包含產(chǎn)品的整個生命周期，即“從搖籃到墳墓”。如圖1所示。

圖1 B2C流程

B2B：評價內(nèi)容包括原材料通過生產(chǎn)直到產(chǎn)品到達一個新的組織，包括分銷和運輸?shù)娇蛻羲诘?，即所謂的“從搖籃到大門”。如圖2所示。

圖2 B2B流程

2.2.2 確定邊界和優(yōu)先事項

根據(jù)ISO 14025 所指定的某個相關(guān)產(chǎn)品類別規(guī)則，與其規(guī)定的邊界系統(tǒng)一致；如果不適用于評價對象產(chǎn)品，則根據(jù)標準原則界定系統(tǒng)邊界。

2.2.3 數(shù)據(jù)收集

收集生命周期各個階段中活動數(shù)據(jù)和排放因子。

2.2.4 計算碳足跡

計算主要依據(jù)碳足跡計算方程，注意質(zhì)量守恒，確保所有輸入、輸出及廢棄物均已計入，沒有遺漏。

2.2.5 檢驗不確定度

不確定性檢驗可由組織自行決定是否進行評價，不是必要的事項。但執(zhí)行不確定性檢驗可以提高計算結(jié)果的準確度，了解收集數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

產(chǎn)品碳足跡評價流程如圖3所示。

3.案例分析

文章選取河北盛華化工有限公司2009年生產(chǎn)的PVC產(chǎn)品[9]，來分析產(chǎn)品碳足跡核算的過程。

3.1 建立進程圖

文章利用B2B的評價模式來建立盛華化工有限公司的進程圖，如圖4所示。

圖4 進程圖

3.2 確定邊界和優(yōu)先項

河北盛華化工有限公司確定邊界為：PVC的碳足跡=原材料+能源+生產(chǎn)過程+包裝儲存+運輸。購進的原材料除電石和褐煤外，其他暫不考慮碳排放，只考慮運輸過程中產(chǎn)生的碳排放。

3.3 數(shù)據(jù)收集

計算碳足跡需要兩類數(shù)據(jù)：活動水平數(shù)據(jù)和排放因子數(shù)據(jù)?；顒铀綌?shù)據(jù)來自現(xiàn)場實測；排放因子采用IPCC規(guī)定的缺失值?；顒铀綌?shù)據(jù)主要包括：原料煤、重油、自發(fā)和外購電力、蒸汽、液氨、液體氯化鈣、一次水、脫鹽水、去離子水、冷凍油、壓縮空氣、氮氣、電石、自來水、HCl和制酸用自來水。

活動水平數(shù)據(jù)和排放因子數(shù)據(jù)如表2能源消耗活動水平、表3原料消耗活動水平、表4運輸活動水平所示。

表2 能源消耗活動水平

表3 原料消耗活動水平

表4 運輸活動水平

3.4 碳足跡計算

3.4.1 全球增溫潛勢[10]

3.4.2 電力排放因子

華北區(qū)域電網(wǎng)[11]：1KW·h電排放量CO2當量1.0069kg。

3.4.3 燃料煤排放因子[10]

3.4.4 重油排放因子[10]

3.4.5 柴油排放因子[10]

表5 CO2 、CH4 、N2O的增溫潛勢

表6 燃料煤排放的CO2 、CH4 、N2O的排放因子

表7 重油排放的CO2 、CH4 、N2O的排放因子

表8 柴油排放的CO2 、CH4 、N2O的排放因子

3.4.6 載貨汽車排放因子[10]

3.4.8 冷凍油的排放因子[10]

冷凍油排放的二氧化碳排放因子是2.76kg/L。由于冷凍油使用數(shù)量較少，且其他溫室氣體排放較少，因此，甲烷和氮氧化物的排放忽略不計。

3.4.9 計算公式

二氧化碳排放當量是排放因子和基于該因子下活動水平的乘積：

公式中，Ei為第i種活動的二氧化碳排放量，t；Ai為第i種活動的活動水平（如耗煤量，t）；EFi為第i種活動的排放因子，即單位燃料下二氧化碳排放量，不同的燃料排放因子的單位有所不同。

二氧化碳排放總當量

甲烷和氮氧化物排放當量是排放因子、基于該因子下活動水平和增溫潛勢的乘積：

公式中，Eij為第i種活動的第j種溫室氣體的體排放量，t；Aij為第i種活動第j種溫室氣體的活動水平（如耗煤量，t）；EFij為第i種活動的第j種溫室氣體的排放因子，即單位燃料下二氧化碳排放量，不同的燃料排放因子的單位有所不同。GWPj為第j種溫室氣體的增溫潛勢。

二氧化碳排放總當量

3.5 數(shù)據(jù)計算

根據(jù)公式（4）可以計算出全年二氧化碳的排放量為6036744.22t。全年共生產(chǎn)PVC產(chǎn)品106635.85t。因此1tPVC產(chǎn)品的碳足跡e=6036744.22/106635.85=1.765t。

從計算環(huán)節(jié)可以看出河北盛華化工有限公司的碳排放環(huán)節(jié)主要集中在能源活動和原材料活動中，分別占總排放的94.1%和5.6%。

3.6 不確定性分析

不確定性的主要來源有：使用次級數(shù)據(jù)；由于甲烷和氮氧化物在某些工序排放的量太少而忽略，另外本案例中移動源的甲烷和氮氧化物排放也忽略掉了；初級數(shù)據(jù)存在測量誤差和計算誤差。

減少不確定性的方法主要有：使用準確率較高的初級數(shù)據(jù)代替次級數(shù)據(jù)；對每一道工序都進行能源消耗的跟蹤在線監(jiān)測，提高初級數(shù)據(jù)的準確性。

4.結(jié)語

低碳是企業(yè)未來生存和發(fā)展的必然選擇，企業(yè)進行產(chǎn)品碳足跡的核算是企業(yè)實現(xiàn)溫室氣體管理，制定低碳發(fā)展戰(zhàn)略的第一步。通過產(chǎn)品生命周期的碳足跡核算，企業(yè)可以了解排放源，明確各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的排放量，為制定合理的減排目標和發(fā)展戰(zhàn)略打下基礎(chǔ)。

[1] IPCC Secretariat.Climate Change 2007 [EB/OL].http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/syr/ar4_syr.pdf，2007-12-10/2011-10-31.

[2] 聯(lián)合國.京都議定書[EB/OL].http：//unfccc.int/resource/docs/convkp/kpchinese.pdf， 1998/2011-10-31.

[3] JohnsonE.Charocal versus LPG rinll in ng： A Carbon Footprint Comparison [J].Environmental Impact Assessment Review， 2009， 29（6）：370-378.

[4] Giurco D， Petrie J G.Strategies for Reducing the Carbon Footprint of Copper： New Technologies， More Recycling or Demand Management [J].Minerals Engineering， 2007， 20（9）：42-853.

[5] Johnson E.Disagreement over Carbon Footprints： A Comparison of Electric and LPG Forklifts [J].Energy Policy，2008， 36（4）：1569-1573.

[6] WelchB， IffertM， Kazacos M S.Applying Fundamental Data to Reduce the Carbon Dioxide Footprint of Aluminum Smelters[J].Journal of the Minerals， 2008， 60（11）：17-24.

[7] British Standards Institution.PAS 2050 Specification for the Assessment of the Life Cycle Greenhouse Gas Emissions of Goods and Services [M].UK： British Standards Institution，2008.

[8] International Organization for Standardization.ISO 14044：2006.[EB/OL].http：//www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=29872，2006-06-30/2011-11-03.

[9] 馬玉蓮，忻仕海.碳足跡評價方法學在PVC產(chǎn)品中的應用[J].氯堿工業(yè)，2011，47（1）：31-34.

[10] IPCC Secretariat.IPCC Climate Change 2007 [EB/OL].http：//www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/syr/ar4_syr.pdf，2007-12-10/2011-10-31.

[11] 國家發(fā)改委應對氣候變化司.關(guān)于公布2009年中國區(qū)域電網(wǎng)基準線排放因子的公告[EB/OL].http：//qhs.ndrc.gov.cn/qjfzjz/t20090703_289357.htm， 2009-07-02/2011-11-03.