我國(guó)典型建材產(chǎn)品碳排放研究進(jìn)展

張清華　云?！∈妨堨?/p>

摘 要：建材工業(yè)是我國(guó)重要的高能耗、高排放產(chǎn)業(yè)，是我國(guó)控制和減少溫室氣體排放的重點(diǎn)關(guān)注行業(yè)。文章調(diào)研了大量建材碳排放研究方面相關(guān)的文獻(xiàn)，分析了我國(guó)典型建材產(chǎn)品碳排放研究的現(xiàn)狀。最后，展望了我國(guó)碳市場(chǎng)建設(shè)的進(jìn)程及建材行業(yè)的加強(qiáng)碳排放控制和管理的必要性，提出加強(qiáng)產(chǎn)品碳排放的研究和管理、升級(jí)建材生產(chǎn)技術(shù)是降低建材企業(yè)在全國(guó)碳市場(chǎng)中的履約風(fēng)險(xiǎn)的重中之重。

關(guān)鍵詞：建材；碳排放；碳足跡

氣候變化、能源危機(jī)等全球性問(wèn)題日益突出，可持續(xù)發(fā)展成為當(dāng)今社會(huì)面臨的一個(gè)重要課題。我國(guó)政府明確了二氧化碳排放2030年左右達(dá)到峰值并努力盡早達(dá)峰等一系列行動(dòng)目標(biāo)，并將行動(dòng)目標(biāo)納入國(guó)家整體發(fā)展議程。建材工業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要基礎(chǔ)行業(yè)，也是我國(guó)的高能耗高排放產(chǎn)業(yè)和減少碳排放的重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域。針對(duì)我國(guó)典型建材產(chǎn)品不斷加強(qiáng)開(kāi)展碳排放研究，可為建材行業(yè)減少碳排放提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)，促進(jìn)建材工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)二氧化碳排放控制系列行動(dòng)目標(biāo)具有重要意義。

1 產(chǎn)品碳排放研究方法

產(chǎn)品碳排放通常采用碳足跡的研究方法。英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（BSI）于2008年10月發(fā)布了全球第一部基于生命周期評(píng)價(jià)理論的產(chǎn)品碳足跡標(biāo)準(zhǔn)PAS 2050，2010年升級(jí)為PAS2060，目前已經(jīng)成為國(guó)際上開(kāi)展碳足跡評(píng)價(jià)的主要方法依據(jù)。世界標(biāo)準(zhǔn)化組織基于PAS2050的框架和核心思想，推出了ISO14067標(biāo)準(zhǔn)，也是產(chǎn)品開(kāi)展碳足跡研究的重要依據(jù)。碳足跡研究涵蓋的溫室氣體不僅包含二氧化碳（CO2），還包含甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、六氟化硫（SF6）、氫氟碳化物（HFCs）和全氟化碳（PFCs）等《京都議定書(shū)》指定的其它主要溫室氣體，不同溫室氣體的溫升潛力可參照聯(lián)合國(guó)政府間組織（IPCC）發(fā)布的溫室效應(yīng)當(dāng)量因子。此外，碳足跡不僅要考慮直接排放，還應(yīng)該涵蓋間接排放。因此，碳足跡研究方法可以較好地反應(yīng)一個(gè)產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的碳排放整體情況，找出不同環(huán)節(jié)的碳排放影響，以便更好地控制和管理產(chǎn)品生命周期的碳排放。

2 幾種典型建材產(chǎn)品的碳足跡研究進(jìn)展

近年來(lái)，我國(guó)研究人員對(duì)鋼材、水泥、混凝土產(chǎn)品、平板玻璃、建筑陶瓷等典型建材產(chǎn)品的碳排放開(kāi)展了系列研究。

2.1 建筑鋼材

鋼鐵工業(yè)是我國(guó)重要的基礎(chǔ)工業(yè)部門(mén)，目前已形成包括礦山、燒結(jié)、焦化、煉鐵、軋鋼以及相應(yīng)的鐵合金、耐火材料、碳素制品等門(mén)類(lèi)齊全的完整工業(yè)體系。張濤等基于碳排放系數(shù)法構(gòu)建了建筑材料全壽命期CO2排放計(jì)算模型，并提出了材料生產(chǎn)、運(yùn)輸以及處置階段CO2排放因子的確定方法。鄒安全等利用經(jīng)濟(jì)投入產(chǎn)出方法對(duì)鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)各過(guò)程的碳排放貢獻(xiàn)進(jìn)行了研究，系統(tǒng)邊界包括原料開(kāi)采、生產(chǎn)、運(yùn)輸階段的直接排放和間接排放，未考慮外購(gòu)電力和原料等產(chǎn)生的間接排放并抵扣了余熱/余壓發(fā)電等廢能利用產(chǎn)生的減排效果。研究發(fā)現(xiàn)鋼鐵產(chǎn)品生命周期各階段的直接碳排放主要集中在鋼鐵生產(chǎn)和運(yùn)輸階段，分別占78.9%和10.9%，其它過(guò)程占10.2%。間接排放量主要來(lái)自黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、煤炭開(kāi)采、洗選業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)。其中黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)的排放量最大，占間接排放總量的78.2%。龔志起針對(duì)20號(hào)普通碳素鋼采用連鑄工藝從原材料開(kāi)采至加工成鋼材產(chǎn)品產(chǎn)生的環(huán)境影響進(jìn)行了分析。主要工藝流程包括原材料采運(yùn)、燒結(jié)、高爐煉鐵、煉鋼、澆鑄和壓力加工等。結(jié)果表明，生產(chǎn)1噸鋼水、大型鋼材、小型鋼材、線材、熱軋帶鋼和冷軋帶鋼的碳排放量分別為456.7、4339、3589、3551、3755和4524kgCO2eq。上官方欽等對(duì)鋼鐵制造流程進(jìn)行了碳素流運(yùn)行規(guī)律解析，并對(duì)我國(guó)鋼鐵工業(yè)的碳排放水平進(jìn)行初步評(píng)估。研究表明，我國(guó)鋼鐵工業(yè)噸鋼碳排放量由1991年的3.22tCO2eq下降到2007年的約1.87tCO2eq，下降約42%。此外，年產(chǎn)800萬(wàn)噸的平材生產(chǎn)長(zhǎng)流程（包含焦化、燒結(jié)、球團(tuán)、高爐、轉(zhuǎn)爐、連鑄和熱軋），噸鋼碳排放量為2149.53kgCO2eq；年產(chǎn)200萬(wàn)噸平材EAF生產(chǎn)的短流程，噸鋼碳排放量?jī)H為585.59kgCO2eq。不同研究的研究結(jié)果存在一定的差異，這是由于研究對(duì)象的選取不同以及核算的系統(tǒng)邊界不同造成的。

2.2 水泥產(chǎn)品

我國(guó)水泥產(chǎn)量自1985年以來(lái)一直位居世界第一，2015年度產(chǎn)量達(dá)到23.48億噸，占全球水泥總產(chǎn)量的57.32%。水泥行業(yè)是工業(yè)領(lǐng)域節(jié)能減排的重點(diǎn)。龔志起對(duì)P5.32.5、P0.42.5、P1.52.5三種不同標(biāo)號(hào)的新型干法水泥生產(chǎn)線的環(huán)境負(fù)荷進(jìn)行對(duì)比，研究表明水泥標(biāo)號(hào)越高，能耗和碳排放量越大。李曉鵬等根據(jù)PAS2050規(guī)范核算了我國(guó)典型水泥廠的碳足跡，其系統(tǒng)邊界包括生料制備、熟料煅燒和水泥粉磨3個(gè)階段。研究表明水泥生產(chǎn)造成的主要溫室氣體是CO2，主要排放來(lái)自石灰石分解和熟料煅燒過(guò)程的煤燃燒，生產(chǎn)1kgP0.42.5水泥的碳足跡為0.614kgCO2eq。近年來(lái)，水泥工業(yè)在固廢綜合利用方面進(jìn)行了很多有益的嘗試，消納了大量工業(yè)廢棄物與生活垃圾。史菲菲等的研究表明，利用工業(yè)廢棄物生產(chǎn)水泥可以降低水泥產(chǎn)品的整體碳排放，當(dāng)電石渣從30%提升到60%時(shí)，CO2的減排效果最顯著，平均每增加1噸電石渣（干基）可減少碳排放401.64kg。

2.3 混凝土產(chǎn)品

混凝土是建材行業(yè)的大宗材料，用量巨大。俞海勇等考慮了由原材料引入碳排放、混凝土生產(chǎn)碳排放和混凝土運(yùn)輸碳排放構(gòu)成的單位產(chǎn)品的碳排放量。根據(jù)對(duì)上海某水泥企業(yè)的調(diào)研數(shù)據(jù)，研究發(fā)現(xiàn)混凝土強(qiáng)度越高，碳排放量越大；碳排放源主要來(lái)自原材料的內(nèi)含碳排放，C20～C60 混凝土原材料內(nèi)含碳排放占總碳排放的 82.98%～90.96%。研究還發(fā)現(xiàn)，摻入一定量的粉煤灰等工業(yè)固廢可顯著降低混凝土的碳排放量。高育新等人對(duì)比了綠色生產(chǎn)方式對(duì)預(yù)制混凝土碳排放的影響，分析認(rèn)為通過(guò)加強(qiáng)管理、優(yōu)化生產(chǎn)流程等綠色生產(chǎn)措施的應(yīng)用，生產(chǎn)單位立方米C30混凝土的碳排放可以降低37.12kg/m3。不同的澆鑄工藝對(duì)碳排放的影響也不同，沈衛(wèi)國(guó)等對(duì)比了常規(guī)工藝、拋填骨料工藝和預(yù)置集料三種澆鑄工藝制備的強(qiáng)度均為C50的混凝土的環(huán)境影響。研究表明，三種工藝制備的C50混凝土的碳足跡分別為392.35、321.64和293.47kgCO2eq/m3，預(yù)置集料工藝相對(duì)更低碳。

2.4 平板玻璃

平板玻璃是主要的建筑裝飾材料之一。陳文娟等研究建立了一套平板玻璃工業(yè)的生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法，并對(duì)代表我國(guó)浮法玻璃生產(chǎn)平均水平的某生產(chǎn)線進(jìn)行了研究，系統(tǒng)邊界包括原材料開(kāi)采、能源生產(chǎn)、運(yùn)輸和平板玻璃生產(chǎn)全過(guò)程。根據(jù)其模型計(jì)算得出平板玻璃工業(yè)溫室氣體主要來(lái)源于平板玻璃制造過(guò)程和原料開(kāi)采過(guò)程，2002年和2004年的1噸浮法制平板玻璃碳排放量分別為1.04×107t和1.53×107t。趙春芝等以資源開(kāi)采、原材料及輔料生產(chǎn)一直到出廠為止并包含主要原料的運(yùn)輸過(guò)程為系統(tǒng)邊界，利用eBalance軟件對(duì)浮法玻璃和我國(guó)典型斷橋鋁合金窗的碳足跡進(jìn)行了研究。根據(jù)對(duì)浮法玻璃企業(yè)調(diào)研數(shù)據(jù)的平均值，計(jì)算得出生產(chǎn)1kg玻璃的碳排放量約為0.57kgCO2eq；研究表明斷橋鋁合金窗溫室效應(yīng)影響為253.7kgCOeq/m2。王淑萍針對(duì)傳統(tǒng)鋁合金窗、斷橋鋁合金窗、PVC-U塑鋼窗、木塑復(fù)合窗和再生木塑復(fù)合窗五種典型建筑玻璃窗，將全生命周期分為生產(chǎn)階段、形成房屋建筑部品階段和使用階段分別進(jìn)行生命周期清單分析及環(huán)境影響評(píng)價(jià)。研究表明玻璃窗生命周期中的溫室氣體排放主要是能源物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的CO2和CH4的排放。鋁合金窗和斷橋鋁合金窗的溫室效應(yīng)是塑鋼窗、木塑復(fù)合窗、再生木塑復(fù)合窗溫室效應(yīng)的3倍，2007年典型企業(yè)生產(chǎn)1m2典型建筑玻璃窗的CO2排放量依次為176kg、165kg、67.1kg、31.5kg和35.6kg。

2.5 建筑陶瓷

我國(guó)是世界最大的建筑衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)國(guó)、消費(fèi)國(guó)和出口國(guó)。建筑衛(wèi)生陶瓷工業(yè)是建材第三大產(chǎn)業(yè)，也是建材行業(yè)碳排放的重要源頭之一。曾杰等應(yīng)用生命周期理論，以華東地區(qū)生產(chǎn)的建筑衛(wèi)生陶瓷為研究對(duì)象，計(jì)算了建筑衛(wèi)生陶瓷原材料開(kāi)采、原材料運(yùn)輸、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)?個(gè)子過(guò)程碳排放量。結(jié)果表明，生命周期內(nèi)建筑陶瓷和衛(wèi)生陶瓷的碳排放起決定性影響的是產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程，所占比例分別高達(dá)72.8%和70.7%；整個(gè)生命周期碳排放分別為9.59kgCO2eq/m2和776.75kgCO2eq/t。彭軍霞等采用投入產(chǎn)出分析方法和目標(biāo)規(guī)劃方法，以某建陶企業(yè)為代表，建立了建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)投入產(chǎn)出模型及低碳優(yōu)化模型。研究表明影響建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)碳排放的關(guān)鍵環(huán)節(jié)為燒成和噴霧干燥過(guò)程，燒成和噴霧干燥過(guò)程排放的CO2占總排放的80%以上。坯磚、拋光磚和釉面磚三種建筑陶瓷產(chǎn)品的萬(wàn)平米產(chǎn)量碳排放量依次為150.2tCO2eq、168tCO2eq和159.6tCO2eq。俞海勇等針對(duì)華東地區(qū)生產(chǎn)和銷(xiāo)售的建筑陶瓷、衛(wèi)生陶瓷等9種典型裝飾裝修材料基于生命周期評(píng)價(jià)理論建立了能耗及碳排放量的測(cè)算模型。其生命周期的系統(tǒng)邊界以一次能源的開(kāi)采為起點(diǎn)，運(yùn)輸至一級(jí)經(jīng)銷(xiāo)商為終點(diǎn)。分析結(jié)果表明，建筑陶瓷、衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品的碳排放總量分別為0.941和1.78kgCO2eq/kg。其中，產(chǎn)品生產(chǎn)階段的碳排放量貢獻(xiàn)最大，分別占64.6%和78.8%。

2.6 燒結(jié)墻材

墻體材料也是影響建筑碳排放的主要建材之一。目前使用最廣泛的墻體材料有空心磚、砌塊和板材類(lèi)。房明慧針對(duì)我國(guó)利廢空心磚、加氣混凝土砌塊和輕集料混凝土砌塊三種應(yīng)用廣泛的墻體材料的生命周期評(píng)價(jià)研究表明：空心磚碳排放主要來(lái)源于燒磚過(guò)程煤燃燒的直接排放，占比約74.76%；加氣混凝氣砌塊碳排放主要來(lái)源于石灰生產(chǎn)、水泥生產(chǎn)和砌塊生產(chǎn)三個(gè)過(guò)程，占比依次為57%、22%和13%；輕集料混凝土砌塊碳排放主要來(lái)源于砌塊生產(chǎn)、水泥生產(chǎn)和陶粒生產(chǎn)三個(gè)過(guò)程，占比依次為32.85%、29.29%和17.28%。張海濤等以淮北市的新型墻體磚（粉煤灰砌塊、煤矸石磚）和傳統(tǒng)墻體磚（粘土磚、粘土多孔磚）為案例，對(duì)墻體磚生產(chǎn)過(guò)程的碳足跡進(jìn)行了分析和比較。該研究將產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的碳排放計(jì)算方法做了適當(dāng)調(diào)整，將其生產(chǎn)過(guò)程中由于土地占用而損失的碳庫(kù)視為碳排放，結(jié)果顯示，這4種墻體材料生產(chǎn)過(guò)程的碳排放系數(shù)從高到低依次為：煤矸石磚>粘土磚>粉煤灰砌塊>粘土多孔磚，碳排放系數(shù)分別為369.2、323.4、163.1和162.7kgCO2eq/m3磚。杜建東對(duì)我國(guó)墻體材料常用塊材產(chǎn)品的單位面積砌體生產(chǎn)過(guò)程中的碳排量進(jìn)行了推算，結(jié)果表明薄灰縫砌塊比輕集料填充砌塊碳排放降低1.5kgCO2eq/m2。

3 展望

為落實(shí)國(guó)家制定的溫室氣體減排目標(biāo)，也為了抓住機(jī)遇促進(jìn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和綠色發(fā)展，我國(guó)政府出臺(tái)了系列措施不斷刺激和加強(qiáng)企業(yè)對(duì)碳排放的管理。除了已在北京、上海、天津、重慶、廣東、湖北和深圳7個(gè)地區(qū)開(kāi)展碳排放權(quán)總量控制與交易試點(diǎn)外，明確提出要在2017年建成全國(guó)碳排放權(quán)市場(chǎng)，并已完成配套政策、規(guī)則和工具的制定。正在馬不停蹄地在對(duì)各省市管理部門(mén)和企業(yè)開(kāi)展能力建設(shè)。2017年全國(guó)碳市場(chǎng)正式啟動(dòng)后，建材企業(yè)將作為第一批被納入全國(guó)碳排放權(quán)交易體系，要逐步開(kāi)始履行碳排放報(bào)告、管控和履約的責(zé)任。加強(qiáng)節(jié)能減排，關(guān)系到建材行業(yè)的興衰和企業(yè)的存亡。現(xiàn)有已經(jīng)開(kāi)展的系列關(guān)于產(chǎn)品碳排放的研究為建材企業(yè)減少和降低產(chǎn)品碳排放提供了一些決策依據(jù)，建材企業(yè)應(yīng)從碳排放的主要環(huán)節(jié)抓起，通過(guò)技術(shù)升級(jí)改造和新技術(shù)應(yīng)用、原料替代、燃料轉(zhuǎn)換等措施重視和加強(qiáng)碳排放管理，才能降低在全國(guó)碳排放市場(chǎng)中的履約風(fēng)險(xiǎn)，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

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