以低碳足跡為導(dǎo)向的產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)模式

周 祺， 余 飛, 劉丹琳

(1 湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 湖北 武漢 430068; 2 湖北工業(yè)大學(xué)藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院, 湖北 武漢 430068)

產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)(eco-design)是以生態(tài)設(shè)計(jì)為出發(fā)點(diǎn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)過(guò)程中將產(chǎn)品全生命周期的環(huán)境影響因素納入考慮的一種設(shè)計(jì)方式,目的在于盡量減少產(chǎn)品全生命周期對(duì)環(huán)境影響[1]．碳足跡的概念緣起于生態(tài)足跡(ecological footprint)，是指在人類生產(chǎn)和消費(fèi)活動(dòng)中所排放的與氣候變化相關(guān)的氣體總量．相對(duì)于其他碳排放，碳足跡突破了所謂“有煙囪才有污染”的觀念，從生命周期的角度出發(fā)，是產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)排放溫室氣體的集合[2]．

1 碳足跡與碳標(biāo)簽在產(chǎn)品低碳設(shè)計(jì)模式中的作用

Wiedmann﹠Minx(2007)認(rèn)為，碳足跡是指在產(chǎn)品的全生命周期內(nèi)，包括原材料的獲取、生產(chǎn)與加工、流通與銷售、使用與維護(hù)、廢棄與回收等階段所排放的二氧化碳以及其他溫室氣體轉(zhuǎn)化的二氧化碳等價(jià)物的總和[3]．通過(guò)對(duì)產(chǎn)品全生命周期碳排放的計(jì)算分析，企業(yè)可將其產(chǎn)品的碳足跡以貼上“碳標(biāo)簽”(carbon footprint label)的方式告知消費(fèi)者，從而引導(dǎo)消費(fèi)者的市場(chǎng)購(gòu)買行為．同時(shí)，碳足跡標(biāo)簽的推行將影響廠家的生產(chǎn)與營(yíng)銷決策，有利于督促企業(yè)積極采取減排措施．2007年7月，百事公司旗下某薯片被首次運(yùn)用碳足跡計(jì)算方法進(jìn)行碳足跡分析，成為第一個(gè)被貼上“碳標(biāo)簽”的產(chǎn)品．碳足跡標(biāo)簽便指貼在產(chǎn)品上用于顯示產(chǎn)品碳足跡的標(biāo)志．

基于生態(tài)設(shè)計(jì)的碳足跡研究方法主要有兩類：其一是“自下而上”模型，以分析過(guò)程為基礎(chǔ)；其二是“自上而下”模型，以投入產(chǎn)出分析為基礎(chǔ)．這兩種方法的建立都依據(jù)生命周期評(píng)價(jià)的基本原理[4]．依據(jù)生命周期評(píng)價(jià)的基本原理的碳足跡計(jì)算，能夠使產(chǎn)品或服務(wù)在生產(chǎn)、運(yùn)輸、提供和消耗整個(gè)生命周期過(guò)程中釋放的二氧化碳和其他溫室氣體的總量更為清晰．此模式的存在能夠輔助企業(yè)在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，合理利用資源減少產(chǎn)品的碳排放．

碳足跡的出現(xiàn)為企業(yè)了解其產(chǎn)品在產(chǎn)品低碳設(shè)計(jì)模式中所呈現(xiàn)的碳排放量提供了便利，碳標(biāo)簽的出現(xiàn)，則為企業(yè)與消費(fèi)者之間搭起了一座無(wú)形的橋梁，使消費(fèi)者能夠直觀了解產(chǎn)品的碳排放量，從而選擇較為低碳的產(chǎn)品．碳標(biāo)簽為企業(yè)帶來(lái)良好形象的同時(shí)，也為其產(chǎn)品提高了一定知名度．碳標(biāo)簽一般出現(xiàn)在產(chǎn)品低碳設(shè)計(jì)模式的后期，作為企業(yè)自我宣傳以及產(chǎn)品營(yíng)銷的一種手段，其碳排放信息作為低碳產(chǎn)品的一種展示，被貼在了產(chǎn)品身上面向市場(chǎng)和消費(fèi)者．

2 產(chǎn)品低碳設(shè)計(jì)模式構(gòu)建的內(nèi)容

1)碳足跡計(jì)算．計(jì)算產(chǎn)品或服務(wù)在生產(chǎn)、運(yùn)輸、提供和消耗整個(gè)生命周期過(guò)程中釋放的二氧化碳和其他溫室氣體的總量．

2) 物料的優(yōu)化選?。畬循h(huán)境作為重要因素考慮在內(nèi)，從降低環(huán)境負(fù)荷的角度實(shí)現(xiàn)物料的可持續(xù)發(fā)展．優(yōu)良的物料不僅能預(yù)防生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的污染排放，還能真正從源頭上實(shí)現(xiàn)排放預(yù)警，促進(jìn)新的生產(chǎn)和消費(fèi)系統(tǒng)的構(gòu)筑．物質(zhì)材料的綠色性、安全性、可循環(huán)利用、可再生都是低碳設(shè)計(jì)模式的最大目標(biāo)．

3)遵循設(shè)計(jì)中的“4R”原則．即減量化(reduce), 回收(recycling)，重復(fù)利用(reuse)，再生(regeneration)．

4)產(chǎn)品共享原則．通用性和無(wú)障礙

5)系統(tǒng)化設(shè)計(jì)．提升技術(shù)，延長(zhǎng)并優(yōu)化產(chǎn)品生命周期，優(yōu)化產(chǎn)品壽命和壽命終止系統(tǒng)．

6)功能結(jié)構(gòu)的組合與優(yōu)化．

7)設(shè)計(jì)合理的碳標(biāo)簽．產(chǎn)品碳足跡的可視性．

8)地域性．本土自然優(yōu)勢(shì)．

9)物質(zhì)化到非物質(zhì)化的轉(zhuǎn)換．即有形變無(wú)形．

10)協(xié)同增效點(diǎn)．即對(duì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)協(xié)同產(chǎn)生的正效益,強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)中找到協(xié)同增效點(diǎn)；

11)自然降解．遵循環(huán)保原則，低碳設(shè)計(jì)下的產(chǎn)品材料盡可能選擇可自然降解材料．

12)碳標(biāo)簽．指通過(guò)對(duì)產(chǎn)品全生命周期碳排放的計(jì)算分析，企業(yè)可將其產(chǎn)品的碳足跡以貼上“碳標(biāo)簽”(carbon footprint label)的方式告知消費(fèi)者，從而引導(dǎo)消費(fèi)者的市場(chǎng)購(gòu)買行為．

3 產(chǎn)品低碳設(shè)計(jì)模式得到構(gòu)建

在設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅應(yīng)考慮諸如能源、科技、成本、效益、回收等因素，還應(yīng)考慮如碳足跡計(jì)算、整合/優(yōu)化、協(xié)同增效點(diǎn)、自然降解、碳標(biāo)簽等相關(guān)應(yīng)用，并將各因素有機(jī)結(jié)合(表1)．

表1 產(chǎn)品低碳設(shè)計(jì)模式矩陣

C為能源，D為科技,E為物料,F為結(jié)構(gòu),G為尺寸,H為形狀,I為功能,Q為制造,J為成本,K為維護(hù),R為使用,L為銷售,M為儲(chǔ)運(yùn),N為效益,P為末期處置,X為其他

表1中，目前共涉及15個(gè)因素和13個(gè)應(yīng)用．其中因素的類別較為完善，而應(yīng)用的類別還有待補(bǔ)充．設(shè)計(jì)者可通過(guò)因素與應(yīng)用交叉對(duì)應(yīng)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)低碳產(chǎn)品各環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)及制造程序．

第一步，提出一個(gè)概念(A)．

第二步，根據(jù)概念(A)推導(dǎo)出整個(gè)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮到的各類因素并制定相關(guān)程序(B)，通過(guò)(B)列舉出待考慮的因素，如能源(C)、科技(D)、物料(E)、結(jié)構(gòu)(F)、尺寸(G)、形狀(H)、功能(I)、成品(Q)成本(J)、維護(hù)(K)、使用(R)銷售(L)、運(yùn)輸(M)、效益(N)、末期處置(P)等．在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中則應(yīng)考慮碳足跡計(jì)算、減量、循環(huán)、重復(fù)、再生、共享、整合/優(yōu)化、系統(tǒng)化/高效化、地域化、非物質(zhì)化、協(xié)同增效點(diǎn)、自然降解、碳標(biāo)簽等應(yīng)用．一個(gè)完整的低碳產(chǎn)品設(shè)計(jì)程序，應(yīng)涵蓋圖表中的各因素和各應(yīng)用，通過(guò)交叉配合來(lái)共同完善和發(fā)展設(shè)計(jì)．當(dāng)然，根據(jù)各產(chǎn)品的實(shí)際需求，公式也相應(yīng)有所變化．

第三步，細(xì)化程序．列出相應(yīng)公式，將各因素帶入到各對(duì)應(yīng)的公式中去．細(xì)化程序公式為EP=A+B，其中，EP為生態(tài)產(chǎn)品，A為概念因素，B為程序因素．

第四步，將各因素與應(yīng)用考慮進(jìn)去：

B=C+D+E+F+G+H+I+J+K+L+M+N+P+Q+R+S；

C=C1+C2+C3+…+CN；

D=D1+D2+D3+…+DN；

…

X=X1+X2+X3+…+XN；

A+B=A+[C+D+E+F+G+H+I+J+K+L+M+N+P+Q+R+S]；

=A+[(C1+C2+C3+…+CN)+(D1+D2+D3+…+DN)+(E1+E2+E3+…+EN)+ (F1+F2+F3+…+FN)+(G1+G2+G3+…+GN)+(H1+H2+H3+…+HN)+(I1+I2+I3+…+IN)+(J1+J2+J3+…+JN)+(K1+K2+K3+…+KN)+(L1+L2+L3+…+LN)+(M1+M2+M3+…+MN)+(N1+N2+N3+…+NN)+(P1+P2+P3+…+PN)+ (Q1+Q2+Q3+…+QN)+ (R1+R2+R3+…+RN)+…+(X1+X2+X3+…+XN)]．

其中，以C1為例，C代表能源，1代表應(yīng)用，C=C1+C2+C3+…+CN表示能源(C)因素當(dāng)中會(huì)涉及的相關(guān)應(yīng)用．N為未知應(yīng)用，即未考慮到的內(nèi)容，使用者可根據(jù)各產(chǎn)品的需求相應(yīng)增加．

第五步：進(jìn)一步完善公式，將以上公式再細(xì)化，將各個(gè)因素的所對(duì)應(yīng)的應(yīng)用中所包含的各種參數(shù)考慮進(jìn)去，進(jìn)一步完善公式：

C1=C11+C12+C13+…+C1N ；

C2=C21+C22+C23+…+C2N ；

C3=C31+C32+C33+…+C3N ；

…

CN=CN1+CN2+CN3+…+CNN ．

以C11為例，C1代表能源碳足跡計(jì)算，C11代表能源在碳足跡應(yīng)用中的某個(gè)參數(shù)，N代表的是未知參數(shù)，即未考慮到的參數(shù)．CNN表示能源碳足跡計(jì)算當(dāng)中未知應(yīng)用的未知參數(shù)．以此類推，在實(shí)際操作前需詳細(xì)列舉出因素C到因素P在各應(yīng)用中的多個(gè)參數(shù)，以便后續(xù)程序的開展．

4 實(shí)例

以設(shè)計(jì)一款低碳汽車(LC)為例．

1)提出概念(A)：低碳汽車．

2)運(yùn)用程序(B)：如圖1所示．

圖 1 低碳汽車設(shè)計(jì)的運(yùn)用程序

3)在各因素基礎(chǔ)上逐一增加相關(guān)應(yīng)用：

C=C1+C2+C3+C4+C5+C6+C9+CN；

D=D6+DN；

E=E1+E2+E3+E5+E8+E9+E12+EN；

F=F7+FN；

G=G7+GN；

H=H7+HN；

I=I7+IN；

Q=Q1+Q7+QN；

J=J2+JN；

K=K8+K9+KN；

R=R1+R2+R3+RN；

L=L13+LN；

M=M1+MN；

N=N11；

P=P2+P3+P7+P12+PN．

4)列出因素在相應(yīng)應(yīng)用里的相關(guān)參數(shù)．

以C為例，C=C1+C2+C3+C4+C5+C6+C9+CN；①C1=C11+C12+C13+C14+C15+C1N；②C2=C21+C22+C23+C2N；③C3=C31+C32+C3N；④C4=C41+C42+C4N；⑤C5=C51+C52+C53+C54+C55+C56+C57+C5N；⑥C6=C61+C62+C63+C6N；⑦C9=C91+C92+C9N．

①C1=生產(chǎn)汽車所耗能源碳足跡計(jì)算(C11)+相關(guān)新能源碳足跡計(jì)算(C12)+回收舊汽車所消耗的能源碳足跡計(jì)算(C13)+低碳汽車使用過(guò)程中產(chǎn)生的能源消耗碳足跡計(jì)算(C14)+低碳汽車維修環(huán)節(jié)的能源碳足跡計(jì)算(C15)+未知項(xiàng)(C1N)．

②C2=減少車輛生產(chǎn)所耗能源(C21)+減少車輛使用過(guò)程中的能源消耗(C22)+減少車輛流通環(huán)節(jié)的能源消耗(C23)+未知項(xiàng)(C2N)．

③C3=舊車部件回收加工循環(huán)再使用(C31)+汽車廢料深加工制成其他材料循環(huán)使用(C32)+未知項(xiàng)(C3N)．

④C4=汽車能源儲(chǔ)備使用(蓄電板)(C41)+新技術(shù)再造能源使用(太陽(yáng)能)(C42)+未知項(xiàng)(C4N)．

⑤C5=太陽(yáng)能(C51)+地?zé)崮?C52)+水能(C53)+風(fēng)能C54：+生物質(zhì)能C55：+光能(C56)+溫差能(C57)+未知項(xiàng)(C5N)．

⑥C6=新能源共享(C61)+能源利用率及消耗使用等數(shù)據(jù)共享(C62)+數(shù)據(jù)的計(jì)算模式及方式共享(C63)+未知項(xiàng)(C6N)．

⑦C9=本地資源能源運(yùn)用(C91)+本地資源基礎(chǔ)上開發(fā)新能源(C92)+未知項(xiàng)(C9N)．

綜上所述，低碳汽車設(shè)計(jì)中能源因素的應(yīng)用，應(yīng)是以上7點(diǎn)的總和，剩余14個(gè)因素的應(yīng)用可按此步驟進(jìn)行擴(kuò)充和完善．

5 結(jié)束語(yǔ)

以低碳足跡為導(dǎo)向的產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)模式是企業(yè)追求可持續(xù)發(fā)展的策略之一．這種設(shè)計(jì)模式較為全面地考慮到了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造到銷售、回收等一系列程序以及各程序中所包含的各項(xiàng)參數(shù)．除了充分考慮到產(chǎn)品的環(huán)境因素外，在人、產(chǎn)品、環(huán)境三者兼顧的同時(shí)，也充分考慮到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益需求，其中多個(gè)因素，在企業(yè)實(shí)際操作中起到了較為實(shí)際的輔助作用，使得產(chǎn)品不僅能夠達(dá)到低碳環(huán)保的要求，也可以使企業(yè)以此為契機(jī)促進(jìn)產(chǎn)品的創(chuàng)新研發(fā)．

[參考文獻(xiàn)]

[1] 封 珩,熊 婭.產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)領(lǐng)域基本特征及其研究熱點(diǎn)[J].環(huán)?？萍?2012(3)：1-4，13.

[2] 王 薇，林劍藝.碳足跡分析方法研究綜述[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2010,7(33)：71-72.

[3] 張海玲，張 宏.日韓兩國(guó)建立碳足跡標(biāo)簽制度的共同經(jīng)驗(yàn)及啟事[J].東北亞論壇，2012(2)：28.

[4] 鄧南圣.生命周期評(píng)價(jià)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[5] 陳 歡,李 翔,陳澤勇.電子電氣產(chǎn)品如何引入生態(tài)設(shè)計(jì)[J].深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)研究院,2012(7):63-64.