紡織產(chǎn)品碳足跡研究進(jìn)展

王來力，丁雪梅，吳雄英

(1.東華大學(xué) 服裝·藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，上海 200051;2.上海出入境檢驗(yàn)檢疫局，上海 200135)

全球氣候變化關(guān)系到人類的生存和發(fā)展，并由此而引發(fā)諸多問題，例如人為因素造成的溫室氣體排放量增加與全球氣候溫暖化的關(guān)系，已成為21世紀(jì)世界政治、經(jīng)濟(jì)及學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域關(guān)注和爭論的熱點(diǎn)之一。二氧化碳(CO2)被認(rèn)為是最大的人為源溫室氣體，人為控制其排放的可能性較大，因此CO2成為目前人們最關(guān)注的溫室氣體［1］，溫室氣體排放常被稱為CO2排放，或簡稱為碳排放。在當(dāng)前碳排放研究領(lǐng)域，碳足跡作為核算和評(píng)價(jià)人類活動(dòng)造成的溫室氣體負(fù)荷量的一種重要方法，已在國家、地區(qū)、行業(yè)和產(chǎn)品等不同層面進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用研究和示范。

紡織產(chǎn)品與人們的日常生活密切相關(guān)，紡織工業(yè)是中國國民經(jīng)濟(jì)的傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)和重要的民生產(chǎn)業(yè)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2010年中國紡織工業(yè)(含:紡織業(yè);紡織服裝、鞋、帽制造業(yè);化學(xué)纖維制造業(yè))的終端能源消費(fèi)量(發(fā)電煤耗計(jì)算法)占全國工業(yè)總能耗(發(fā)電煤耗計(jì)算法)的3.94%［2］，基于終端能源消費(fèi)而產(chǎn)生的 CO2排放量約為2.05億 t［3］?！都徔椆I(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》提出:到2015年，紡織工業(yè)的單位工業(yè)增加值能源消耗要比2010年降低20%，工業(yè)CO2排放強(qiáng)度也要比2010年降低20%，因此，紡織工業(yè)當(dāng)前面臨著節(jié)約能源、減少碳排放的艱巨任務(wù)。進(jìn)行紡織產(chǎn)品的碳足跡研究，可以明確掌握各類紡織產(chǎn)品在生產(chǎn)加工、消費(fèi)使用等多個(gè)階段的碳排放情況，進(jìn)而為紡織工業(yè)碳減排政策制定、計(jì)劃實(shí)施和技術(shù)開發(fā)提供有力的參考依據(jù)。

本文回顧了當(dāng)前國內(nèi)外紡織產(chǎn)品碳足跡的研究進(jìn)展，就紡織產(chǎn)品碳足跡核算和評(píng)價(jià)的方法、邊界、碳排放系數(shù)、質(zhì)量基準(zhǔn)等問題進(jìn)行了思考和探討，并結(jié)合中國紡織工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)紡織產(chǎn)品碳足跡核算和評(píng)價(jià)的開展提出了建議。

1 碳足跡的概念

應(yīng)用“足跡”(footprint)理論來研究人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的概念有生態(tài)足跡(Ecological footprint)、碳足跡(Carbon footprint)和水足跡(Water footprint)，基于對(duì)全球范圍內(nèi)溫室氣體排放的關(guān)注，碳足跡成為當(dāng)前“足跡”研究領(lǐng)域的最大熱點(diǎn)［4］。然而，對(duì)于碳足跡的概念目前卻尚無統(tǒng)一的定義。

W iedmann等［5］提出了碳足跡的不同定義，并對(duì)碳足跡的概念進(jìn)行了明確的界定和探討。他們對(duì)碳足跡的定義為:一項(xiàng)活動(dòng)中直接和間接產(chǎn)生的CO2排放量，或者產(chǎn)品的各生命周期階段累積的CO2排放量，并明確指出碳足跡是對(duì) CO2排放量的衡量，且用質(zhì)量單位表示。Hammond［6］強(qiáng)調(diào)碳足跡是一個(gè)人或一項(xiàng)活動(dòng)所產(chǎn)生的“碳質(zhì)量”，甚至建議將碳足跡稱為“碳質(zhì)量”。EPLCA［7］對(duì)碳足跡的定義是指一個(gè)產(chǎn)品或服務(wù)的整個(gè)生命周期中所排放的CO2和 其 他 溫 室 氣 體 的 總 量。Hertwich 等［8］、Baldo［9］等也將碳足跡定義為一個(gè)產(chǎn)品的供應(yīng)鏈或生命周期內(nèi)所產(chǎn)生的CO2和其他溫室氣體的排放總量。Carbon Trust［10］曾指出，碳足跡是某一產(chǎn)品在其生命周期內(nèi)從原材料生產(chǎn)到制造再到成品銷售過程中(不包括使用過程)碳當(dāng)量溫室氣體排放總量，也是一種測(cè)定活動(dòng)或產(chǎn)品在供應(yīng)鏈過程中所釋放的溫室氣體排放框架內(nèi)溫室氣體排放量的技術(shù)。ETAP［11］的研究則認(rèn)為，碳足跡是根據(jù)產(chǎn)生溫室氣體的排放量來測(cè)算人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響的方式。GFN［12］指出，碳足跡是封存化石燃料燃燒后所排放的CO2的生物能力需求物。碳足跡是生態(tài)足跡的一部分，也被認(rèn)為是化石燃料足跡，或CO2封存區(qū)域的需求量。

綜上所述，當(dāng)前對(duì)于碳足跡的定義及其內(nèi)涵的解釋可以歸納為2類:第1類是根據(jù)產(chǎn)品生命周期理論來核算產(chǎn)品或服務(wù)在生命周期內(nèi)排放的溫室氣體的量或碳當(dāng)量;第2類是從化石燃料和環(huán)境承載能力的角度，量化并評(píng)價(jià)化石燃料燃燒產(chǎn)生的CO2排放量或環(huán)境承載能力。從當(dāng)前的碳足跡應(yīng)用研究進(jìn)展來看，對(duì)于第1類定義和解釋為主流觀念。在碳足跡核算結(jié)果的量化方面，也有質(zhì)量單位和當(dāng)量單位的區(qū)分，即 CO2或溫室氣體的質(zhì)量、CO2當(dāng)量(CO2e)。

2 紡織產(chǎn)品的碳足跡

碳足跡理論一經(jīng)提出，就備受關(guān)注，并得到廣泛的研究應(yīng)用，尤其是對(duì)產(chǎn)品碳足跡的核算和評(píng)價(jià)。例如，Dias等［13］利用不同的方法(ISO 14040/14044 standards，PAS 2050和CEPI framework)核算了普通A4辦公用紙的碳足跡;Wells等［14］核算了平裝1本書籍的碳足跡;Botto等［15］核算了 PET瓶裝水的碳足跡;Cederberg等［16］核算了巴西出產(chǎn)的牛肉的碳足跡;Flysj?等［17］探討了副產(chǎn)品對(duì)新西蘭和瑞典出產(chǎn)牛奶碳足跡的影響;Espinoza－Orias 等［18］核算了在英國生產(chǎn)和消費(fèi)的面包產(chǎn)品的碳足跡;Yuttitham等［19］研究了泰國東部糖廠出產(chǎn)的糖類產(chǎn)品的碳足跡;Pathak等［20］核算了印度生產(chǎn)的食品的碳足跡;Boguski［21］探討了《National Geographic》雜志在全生命周期內(nèi)的碳足跡;Joyce等［22］核算了通信產(chǎn)品的碳足跡。

在紡織產(chǎn)品領(lǐng)域，Bevilacqua等［23］依據(jù)生命周期評(píng)價(jià)(Life Cycle Assessment，LCA)理論核算了Merino羊毛衫全生命周期的碳足跡，該研究指出，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)集群可以有效地降低制造商因各個(gè)鏈段紡織產(chǎn)品(如紗線、面料等)運(yùn)輸而產(chǎn)生的碳足跡，各制造商積極、主動(dòng)的公布紡織產(chǎn)品生產(chǎn)加工過程中的碳排放數(shù)據(jù)并加強(qiáng)合作交流，對(duì)于推動(dòng)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。Levi Strauss ＆ Co.［24］、Jungm ichel［25］和 Continental Clothing Co.Ltd.［26］等大型服裝公司和咨詢機(jī)構(gòu)核算了牛仔褲、襯衫、夾克衫和T恤等服裝全生命周期的碳足跡，核算結(jié)果對(duì)于公司制定可持續(xù)發(fā)展策略、降低高排放環(huán)節(jié)的碳足跡、選擇碳足跡更低的供應(yīng)商以及提倡服裝的低碳護(hù)理方式等具有較好的指導(dǎo)意義。Steinberger等［27］對(duì)純棉T恤和滌綸夾克衫全生命周期的碳足跡進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，建立各個(gè)國家的生命周期清單(Life Cycle Inventory，LCI)，對(duì)研究基于全球化生產(chǎn)－消費(fèi)鏈的產(chǎn)品(如服裝)具有促進(jìn)作用，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)于消費(fèi)者的環(huán)保宣傳，提倡服裝產(chǎn)品的低碳護(hù)理方式，可以有效地降低服裝全生命周期的碳足跡。李戎等［28］核算了軋染黑色棉氨緯彈貢緞生命周期部分階段(從原材料采集、染整加工、運(yùn)輸?shù)较掠钨I家)的碳足跡，結(jié)果表明，原材料碳排放所占比例最大為64.54%，其次是廢水排放以及能源消耗部分，所產(chǎn)生的碳排放占34.33%。蔣婷等［29］核算了黑色桑蠶絲香云紗面料從原料獲取到成品倉儲(chǔ)階段的碳足跡，結(jié)果表明，每米香云紗產(chǎn)品的碳足跡為1.88 kg CO2e，其中原料獲取階段的碳足跡所占比例最大，為74.5%，其次為產(chǎn)品的生產(chǎn)加工(23.9%)。趙年花［30］研究了滌綸織物從乙烯生產(chǎn)到滌綸織物生成階段的碳足跡，結(jié)果表明，每生產(chǎn)1 kg滌綸長絲織物，會(huì)產(chǎn)生7.074 kg的 CO2排放，該研究還從能源和生產(chǎn)工藝方面對(duì)降低滌綸織物的碳足跡進(jìn)行了分析并提出建議。表1和圖1示出部分紡織產(chǎn)品全生命周期碳足跡的研究結(jié)果。

表1 紡織產(chǎn)品碳足跡的研究結(jié)果Tab.1 Researches of textiles'carbon footprin t

圖1 紡織產(chǎn)品生命周期各階段的碳足跡分布Fig.1 Carbon footprint distribution along textiles'life cycle

從表1可知，對(duì)紡織產(chǎn)品依據(jù)LCA理論進(jìn)行全生命周期的碳足跡核算和評(píng)價(jià)時(shí)，天然纖維產(chǎn)品的生產(chǎn)加工和使用階段的碳足跡在全生命周期碳足跡中占有較大的比例，二者所占比例之和最大可達(dá)87%(2#產(chǎn)品)。人造纖維產(chǎn)品的纖維生產(chǎn)、成品生產(chǎn)加工和使用3個(gè)階段的碳足跡占據(jù)全生命周期碳足跡的較大部分。紡織產(chǎn)品碳足跡的大小不僅受產(chǎn)品種類的影響，同時(shí)也受核算邊界、各類投入的碳排放系數(shù)、公共投入分?jǐn)偙壤?、產(chǎn)品質(zhì)量品質(zhì)等因素的影響，例如6#(普通棉)和8#(有機(jī)棉)產(chǎn)品同為純棉T恤，而碳足跡的核算結(jié)果卻有較大差異。

3 討論

從碳足跡的概念及當(dāng)前產(chǎn)品碳足跡的研究進(jìn)展可以看出，LCA理論方法得到廣泛應(yīng)用，一些研究機(jī)構(gòu)發(fā)布的產(chǎn)品碳足跡核算和評(píng)價(jià)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)草案也以LCA理論為基礎(chǔ)，如Carbon Trust發(fā)布的產(chǎn)品碳足跡評(píng)價(jià)系列規(guī)范(PAS 2050系列規(guī)范)、ISO發(fā)布的產(chǎn)品碳足跡核算和ISO/DIS 14067等。

紡織產(chǎn)品全生命周期的生產(chǎn)加工鏈條長，工藝環(huán)節(jié)復(fù)雜，物料的投入和產(chǎn)出繁多。進(jìn)行紡織產(chǎn)品碳足跡的核算涉及設(shè)定邊界、確定投入能源和物料的碳排放系數(shù)、建立拆分原則等關(guān)鍵因素，對(duì)核算結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)又涉及不確定度評(píng)價(jià)、設(shè)定質(zhì)量基準(zhǔn)等水平條件的選擇。

3.1 碳足跡核算邊界

產(chǎn)品碳足跡核算的邊界可分為時(shí)間邊界(橫向邊界)和空間邊界(縱向邊界)。時(shí)間邊界是指被核算產(chǎn)品的生命周期起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的時(shí)間跨度，空間邊界是指被核算產(chǎn)品在時(shí)間邊界內(nèi)所涉及的各類物質(zhì)投入和產(chǎn)出。邊界的任何變化，都會(huì)導(dǎo)致核算結(jié)果的波動(dòng)，核算邊界的一致性是核算結(jié)果可比性的前提。對(duì)于紡織產(chǎn)品，其全生命周期的時(shí)間邊界起點(diǎn)為作物(如棉花)種植、動(dòng)物(如綿羊)養(yǎng)殖或人造纖維生產(chǎn)，終點(diǎn)為廢舊產(chǎn)品回收處理結(jié)束?？臻g邊界的設(shè)定則是確定與碳足跡核算相關(guān)的物料投入清單，例如，紡織產(chǎn)品生產(chǎn)加工過程中使用的機(jī)器設(shè)備、廠房、人工消耗等生產(chǎn)資料是否計(jì)入核算邊界。圖2示出紡織產(chǎn)品全生命周期過程及所涉及的各類投入產(chǎn)出。

圖2 典型紡織產(chǎn)品全生命周期過程及各類投入產(chǎn)出圖Fig.2 Input and output along life cycle processes of typical textiles

在圖2所示的紡織產(chǎn)品全生命周期過程中，作物種植和動(dòng)物養(yǎng)殖階段的碳足跡受地域等自然條件的影響較大，產(chǎn)品運(yùn)輸階段的碳足跡與距離的遠(yuǎn)近密切相關(guān)，銷售階段的碳足跡因零售商的營銷模式不同而不同，消費(fèi)階段的碳足跡則因消費(fèi)者的消費(fèi)模式多種多樣而會(huì)有較大波動(dòng)。在紡織產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)加工階段，其工藝流程、加工方式等相對(duì)固定，CO2等溫室氣體排放可以更好地進(jìn)行人為控制。從當(dāng)前的紡織工業(yè)國際分工來看，中國在紡織產(chǎn)品的規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)加工階段具有較強(qiáng)的競爭優(yōu)勢(shì)，而且降低工業(yè)CO2排放強(qiáng)度也是中國紡織工業(yè)現(xiàn)行宏觀政策的重點(diǎn)之一。因此，在中國紡織工業(yè)開展紡織產(chǎn)品碳足跡的核算和評(píng)價(jià)，可以參照 LCA理論，重點(diǎn)進(jìn)行工業(yè)階段的碳足跡，即工業(yè)碳足跡(Industrial Carbon Footprint)的研究。

紡織產(chǎn)品工業(yè)碳足跡的研究不僅能夠應(yīng)用于從纖維工業(yè)化生產(chǎn)加工到成品制成的全工業(yè)鏈，而且能夠應(yīng)用于纖維生產(chǎn)、紡紗、織造等單獨(dú)的工業(yè)鏈段，具有靈活性的特點(diǎn)，適用于中國大多數(shù)的紡織產(chǎn)品生產(chǎn)加工企業(yè)，而且能夠使生產(chǎn)同一產(chǎn)品類型的企業(yè)之間具有清晰的參考比較對(duì)象。

3.2 碳排放系數(shù)

在紡織產(chǎn)品碳足跡的核算過程中，需要對(duì)影響產(chǎn)品碳足跡的各類投入清單進(jìn)行計(jì)量，并根據(jù)式(1)計(jì)算產(chǎn)品的碳足跡

式中:C為產(chǎn)品碳足跡，Ii為第i類投入，fi為第i類投入的碳排放系數(shù)(即生產(chǎn)單位產(chǎn)品i所引發(fā)的CO2等溫室氣體的排放量)。

各類投入的碳排放系數(shù)是紡織產(chǎn)品碳足跡核算的關(guān)鍵因素之一，只有帶入準(zhǔn)確的碳排放系數(shù)，才能得到有意義的碳足跡核算結(jié)果。紡織產(chǎn)品碳足跡核算涉及到的投入有能源、水資源、各類染料、助劑、輔料等物料，但目前尚未有上述各類投入碳排放系數(shù)的完整數(shù)據(jù)庫和統(tǒng)一的界定。表2列出目前研究得到的部分投入的碳排放系數(shù)。

表2 部分投入的碳排放系數(shù)Tab.2 Carbon em issions coefficients of som e inputm aterials

3.3 拆分原則

紡織產(chǎn)品多為規(guī)?；可a(chǎn)加工，在同一企業(yè)、同一車間往往會(huì)同時(shí)生產(chǎn)多種類別的產(chǎn)品，對(duì)每種類別的紡織產(chǎn)品進(jìn)行全部投入清單的準(zhǔn)確計(jì)量將耗費(fèi)大量的人力物力，可操作性較差，因此，在進(jìn)行紡織產(chǎn)品碳足跡核算時(shí)，需要對(duì)涉及的公共投入部分(如公共用照明用電、車間空氣調(diào)節(jié)用電、工廠運(yùn)營部門消耗等)確立合理的拆分原則。

企業(yè)在進(jìn)行公共投入計(jì)量時(shí)，通常以時(shí)間段和區(qū)域進(jìn)行界定，這就需要明晰待核算產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)間跨度和區(qū)域分布。根據(jù)紡織產(chǎn)品生產(chǎn)加工的實(shí)際情況，拆分原則可以按照產(chǎn)量和產(chǎn)值2個(gè)因素確定。

產(chǎn)量拆分原則為

式中:Iqj為產(chǎn)品j按照產(chǎn)量拆分原則分得的公共投入，IT為在選定時(shí)間段內(nèi)特定區(qū)域的全部公共投入量，QT為選定時(shí)間段內(nèi)特定區(qū)域的產(chǎn)品產(chǎn)量(噸、件等)，qj為產(chǎn)品j在選定時(shí)間段內(nèi)在該區(qū)域的產(chǎn)量。

產(chǎn)值拆分原則為

式中:Ivj為產(chǎn)品j按照產(chǎn)值拆分原則分得的公共投入，VT為選定時(shí)間段內(nèi)特定區(qū)域的產(chǎn)品產(chǎn)值，vj為產(chǎn)品j在選定時(shí)間段內(nèi)在該區(qū)域的產(chǎn)值。

3.4 質(zhì)量基準(zhǔn)

在紡織產(chǎn)品的生產(chǎn)加工過程中，影響其品質(zhì)的因素有很多，這些因素同時(shí)也影響著產(chǎn)品碳足跡的大小。例如多次水洗可減少紡織產(chǎn)品表面的浮色，有助于提高色牢度等級(jí)，但將增加對(duì)水資源、電能的消耗，進(jìn)而增加產(chǎn)品的碳足跡;為了使服裝具有免燙性能，可以通過抗皺整理來解決，但將增加化學(xué)品、電能的消耗，同樣會(huì)增加產(chǎn)品的碳足跡。因此，同類紡織產(chǎn)品碳足跡的比較評(píng)價(jià)不能單純參照核算結(jié)果的大小，還要有相同的質(zhì)量基準(zhǔn)，不能以犧牲產(chǎn)品的質(zhì)量來達(dá)到降低產(chǎn)品碳足跡的效果。對(duì)于待核算的紡織產(chǎn)品，首先必須是合格的產(chǎn)品，滿足現(xiàn)行相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求，然后根據(jù)其理化性能的測(cè)試結(jié)果，對(duì)處于同一質(zhì)量水平的同類別紡織產(chǎn)品，比較評(píng)價(jià)其碳足跡的大小，從而得出更為環(huán)保、低碳的產(chǎn)品。

4 結(jié)語

產(chǎn)品碳足跡的研究得到越來越多的關(guān)注，示范產(chǎn)品在不斷增加，對(duì)于紡織產(chǎn)品碳足跡的研究和示范也已展開。紡織產(chǎn)品種類豐富，生產(chǎn)工藝鏈長，有效地開展紡織產(chǎn)品碳足跡的核算和評(píng)價(jià)，目前仍有許多尚待探討和解決的問題。

1)紡織產(chǎn)品全生命周期的碳足跡核算受自然條件、地域條件、消費(fèi)者生活方式等不可控因素的影響較大，根據(jù)中國紡織工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和優(yōu)勢(shì)，可重點(diǎn)開展紡織產(chǎn)品在工業(yè)生產(chǎn)加工階段的碳足跡研究，建立紡織產(chǎn)品碳足跡的數(shù)據(jù)庫，與行業(yè)發(fā)展的宏觀政策接軌，具有較好的現(xiàn)實(shí)意義。

2)各類投入的碳排放系數(shù)是影響產(chǎn)品碳足跡核算結(jié)果的重要因素之一，然而，目前國內(nèi)尚無完整的數(shù)據(jù)庫，國際上的相關(guān)數(shù)據(jù)庫則存在著數(shù)據(jù)陳舊、與中國產(chǎn)業(yè)的實(shí)際情況存在偏差等問題，因此，建立各類投入的碳排放系數(shù)數(shù)據(jù)庫是產(chǎn)品碳足跡研究的重要環(huán)節(jié)，而且進(jìn)行產(chǎn)品碳足跡核算本身就是在豐富各類投入產(chǎn)品碳排放系數(shù)的數(shù)據(jù)庫，二者是相輔相成的關(guān)系。

3)紡織產(chǎn)品生命周期過程中的投入清單，尤其是能耗數(shù)據(jù)的精確計(jì)量目前尚未在行業(yè)普遍實(shí)現(xiàn)，建立合理的拆分原則，可進(jìn)一步地提高產(chǎn)品碳足跡核算的準(zhǔn)確度。

4)紡織產(chǎn)品的品質(zhì)影響碳足跡的小大，因此，在統(tǒng)一的質(zhì)量基準(zhǔn)下進(jìn)行同一類別紡織產(chǎn)品碳足跡的比較評(píng)價(jià)才是合理而有意義的。

致謝在本文的撰寫過程中，得到中國檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)測(cè)試技術(shù)有限公司王麗華經(jīng)理、劉馨磊經(jīng)理、杜沖先生，中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心嚴(yán)巖博士、博士研究生賈佳、張亞君，中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所碩士研究生代方舟，東華大學(xué)碩士研究生孫慶智、劉秀巍等人的支持，特此致謝!

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