食品生命周期碳排放評(píng)價(jià)研究

馬愛(ài)進(jìn)，趙海珍

(1.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院，北京100088;2.國(guó)家環(huán)保總局環(huán)境工程評(píng)估中心，北京100012)

食品生命周期碳排放評(píng)價(jià)研究

馬愛(ài)進(jìn)1，趙海珍2

(1.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院，北京100088;2.國(guó)家環(huán)保總局環(huán)境工程評(píng)估中心，北京100012)

基于生命周期評(píng)價(jià)(LCA)理論，探討界定食品生命周期碳排放的核算范圍，對(duì)食品生命周期從原料生產(chǎn)、加工、消費(fèi)到廢物處理各階段的碳排放進(jìn)行清單分析，并提出了食品生命周期碳排量的評(píng)價(jià)框架和方法。

食品生命周期，碳排放，評(píng)價(jià)

氣候變化是當(dāng)今國(guó)際社會(huì)普遍關(guān)注的全球性問(wèn)題，也是人類面臨的最為嚴(yán)峻的全球環(huán)境問(wèn)題。全球科學(xué)研究表明，氣候變化的主要原因是由于人類活動(dòng)向大氣中排放過(guò)量的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)等溫室氣體而引起的。因此解決氣候變化問(wèn)題的根本措施也就是減少人為溫室氣體排放或增加對(duì)大氣中溫室氣體的吸收。食品原料、生產(chǎn)過(guò)程、銷售過(guò)程中對(duì)能源和資源的消耗及固體廢棄物的處理會(huì)帶來(lái)巨大的溫室氣體排放量。如何減少食品原料生產(chǎn)、加工過(guò)程、包裝、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程的碳排放量，發(fā)展低碳食品是低碳社會(huì)對(duì)食品業(yè)發(fā)展的時(shí)代要求。本文基于可持續(xù)發(fā)展思路，利用生命周期評(píng)價(jià)理論和方法，探討界定食品生命周期碳排放核算范圍、分析食品生命周期碳排放清單，初步構(gòu)建食品生命周期碳排放的評(píng)價(jià)框架和方法，為促進(jìn)我國(guó)低碳食品的發(fā)展提供參考。

1 食品生命周期碳排放及低碳食品

1.1 食品生命周期

劉妍在研究啤酒生命周期時(shí)，認(rèn)為產(chǎn)品生命周期就是從自然中來(lái)回到自然中去的全過(guò)程，也就是既包括制造產(chǎn)品所需要的原材料的采集、加工等生產(chǎn)過(guò)程，也包括產(chǎn)品貯存運(yùn)輸?shù)攘魍ㄟ^(guò)程，還包括產(chǎn)品的使用過(guò)程以及產(chǎn)品報(bào)廢或處置等廢棄回到自然的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程構(gòu)成了一個(gè)完整的產(chǎn)品生命周期［1］。王新杰等研究產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)體系時(shí)，認(rèn)為產(chǎn)品生命周期是指從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、使用/維護(hù)到回收處理的全過(guò)程［2］。任輝等研究認(rèn)為一個(gè)完整的食品生命周期應(yīng)該從最初原料的生產(chǎn)到產(chǎn)品包裝、運(yùn)輸、銷售、消費(fèi)及最終廢棄物處置的整個(gè)過(guò)程［3］。

本文認(rèn)為食品生命周期即是食品產(chǎn)品的生命周期，也指食品產(chǎn)品全生命周期，英文是food life cycle或food whole life cycle，指從食品產(chǎn)品的萌芽到食品食用后包裝處置的整個(gè)過(guò)程，包括食品原料的生產(chǎn)、食品加工、包裝、運(yùn)輸、銷售、食用、廢物處置等階段。而食品生命周期分析，即是用生物學(xué)生命周期思想與社會(huì)有機(jī)體理論及系統(tǒng)理論對(duì)食品產(chǎn)品系統(tǒng)進(jìn)行的分析。

1.2 食品生命周期碳排放

食品生命周期的碳排放是指把食品的全生命周期看成一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由于消耗能源、資源向外界環(huán)境排放的總碳量。食品生命周期的碳排放來(lái)源如表1所示，包括了食品原料生產(chǎn)、食品加工、銷售、食用、廢物處置等階段的碳排放。需要指出的是，食品原料生產(chǎn)階段未分解成它的上游活動(dòng)(如化肥生產(chǎn)、土地利用變化、飼料生產(chǎn)、獸藥生產(chǎn)、農(nóng)藥生產(chǎn)等)，食品生產(chǎn)階段涉及的食品添加劑、包裝等也未分解成它的上游活動(dòng)(如添加劑合成、塑料合成、金屬冶煉等)。

1.3 低碳食品

我們消費(fèi)的各類食品需要人類的各種勞動(dòng)和資源消耗來(lái)生產(chǎn)。調(diào)查和研究發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)高蛋白、高脂肪的食品，如肉類，比生產(chǎn)谷物類食物消耗的能源和排放的二氧化碳更多，所以低碳食品是以產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中能耗高低和主要排放溫室氣體的多少為衡量標(biāo)準(zhǔn)。由此而言，低碳食品是指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段有著明確而詳細(xì)的減少溫室氣體排放的方案，在食品生命期內(nèi)原材料選擇、運(yùn)輸，生產(chǎn)工藝、設(shè)備選擇，包裝材料使用，產(chǎn)品儲(chǔ)存、運(yùn)輸方式，食用方法和廢棄物處置各階段溫室氣體排放少甚至是零排放的食品。其目標(biāo)是在食品全生命周期內(nèi)盡量減少溫室氣體的排放，減少對(duì)氣候變化的影響。近年來(lái)，低碳食品已逐漸成為國(guó)際食品的發(fā)展趨勢(shì)。在我國(guó)，低碳食品的思想也越來(lái)越受到重視。

表1 食品生命周期各階段碳排放來(lái)源

表2 食品生命周期碳排放系統(tǒng)邊界內(nèi)的通用材料和活動(dòng)

2 食品生命周期碳排放評(píng)價(jià)

針對(duì)產(chǎn)品的可持續(xù)性評(píng)價(jià)體系主要有兩類，一類是主觀定性評(píng)價(jià)系統(tǒng)，一類是基于生命周期評(píng)價(jià)(LCA)理論建立的定量評(píng)價(jià)系統(tǒng)。主觀定性評(píng)價(jià)方法操作簡(jiǎn)單，包含的內(nèi)容全面，卻存在難以確保評(píng)價(jià)客觀性，只能用于某一階段或全過(guò)程完成后的事后評(píng)價(jià)。基于生命周期評(píng)價(jià)理論的定量評(píng)價(jià)方法，雖然需要收集大量數(shù)據(jù)，工作量大，但是具有客觀性強(qiáng)、可以量化，并且可以用于項(xiàng)目實(shí)施前的事前控制等優(yōu)點(diǎn)［4］。

2.1 生命周期評(píng)價(jià)原理和方法

生命周期評(píng)價(jià)始于20世紀(jì)70年代左右，源于美國(guó)開(kāi)展的針對(duì)包裝品的分析和評(píng)價(jià)［5］，在生命周期評(píng)價(jià)(LCA)的發(fā)展歷程中，產(chǎn)生了多種定義，其中國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)和國(guó)際環(huán)境毒理學(xué)會(huì)和化學(xué)學(xué)會(huì)(SETAC)的定義最具有權(quán)威。

國(guó)際環(huán)境毒理學(xué)和化學(xué)學(xué)會(huì)將生命周期評(píng)價(jià)定義為:生命周期評(píng)價(jià)是一種對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝及活動(dòng)的物質(zhì)、能量的利用及造成的環(huán)境排放進(jìn)行量化和識(shí)別而進(jìn)行環(huán)境負(fù)荷評(píng)價(jià)的過(guò)程;是通過(guò)對(duì)能量和物質(zhì)利用以及由此造成的環(huán)境廢物排放進(jìn)行辨識(shí)和量化來(lái)進(jìn)行的;評(píng)價(jià)目的在于評(píng)估能量和物質(zhì)利用以及廢物排放對(duì)環(huán)境的影響，尋求改善環(huán)境影響的機(jī)會(huì)以及如何利用這種機(jī)會(huì);這種評(píng)價(jià)貫穿于產(chǎn)品、工藝和活動(dòng)的整個(gè)生命周期，包括原材料的提取與加工、產(chǎn)品制造、運(yùn)輸以及銷售、產(chǎn)品的使用、再利用和維護(hù)，廢物循環(huán)和最終廢棄物［6］。SETAC的LCA技術(shù)框架分為四個(gè)部分:目標(biāo)與范圍的確定、清單分析、影響評(píng)價(jià)及改善評(píng)價(jià)，其中清單分析是最重要的一個(gè)部分。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織將生命周期評(píng)價(jià)定義為匯總和評(píng)估一個(gè)產(chǎn)品(或服務(wù))體系在其整個(gè)生命周期內(nèi)的所有投入及產(chǎn)出對(duì)環(huán)境造成的潛在影響的方法［7］。同時(shí)將生命周期評(píng)價(jià)納入了其標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境管理體系ISO14000系列中。自20世紀(jì)90年代起，生命周期評(píng)價(jià)在我國(guó)已開(kāi)展相關(guān)研究。1998年，我國(guó)開(kāi)始全面引進(jìn)ISO14000系列標(biāo)準(zhǔn)，將其轉(zhuǎn)化為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，生命周期評(píng)價(jià)成為了國(guó)內(nèi)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域新的研究亮點(diǎn)之一。

國(guó)際環(huán)境毒理學(xué)與化學(xué)學(xué)會(huì)以及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織分別對(duì)LCA的定義及技術(shù)框架的制定，進(jìn)一步推動(dòng)了LCA在國(guó)際范圍內(nèi)的發(fā)展。本文基于生命周期評(píng)價(jià)理論，探討建立食品生命周期碳排放評(píng)價(jià)框架和方法。

2.2 食品生命周期碳排放評(píng)價(jià)范圍和對(duì)象

系統(tǒng)邊界為通過(guò)一組準(zhǔn)則確定哪些單元過(guò)程屬于產(chǎn)品系統(tǒng)的一部分，其單元過(guò)程是一個(gè)生命周期的最小部分，在進(jìn)行生命周期評(píng)價(jià)時(shí)，對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。食品生命周期系統(tǒng)邊界應(yīng)包含食品原料生產(chǎn)、食品加工、銷售、消費(fèi)和廢物處置等單元過(guò)程，表2為食品生命周期邊界內(nèi)的通用材料和活動(dòng)。

列入食品產(chǎn)品邊界系統(tǒng)的關(guān)鍵原則是包含所有的實(shí)質(zhì)性碳排放(通過(guò)使用估值和即時(shí)獲取的數(shù)據(jù)決定一個(gè)排放源是否是實(shí)質(zhì)性的)，即由選定的產(chǎn)品在生產(chǎn)、使用或再利用過(guò)程中直接或間接產(chǎn)生的碳排放。非實(shí)質(zhì)性碳排放，即占碳排放總量不到1%的任何單一來(lái)源。但非實(shí)質(zhì)性碳排放源的總比例不超過(guò)碳排放總量的5%。

2.3 食品生命周期碳排放評(píng)價(jià)功能單位

食品企業(yè)規(guī)模不一，食品原料差異，食品機(jī)械化程度，產(chǎn)品消費(fèi)形式相差很大，直接導(dǎo)致碳排放量差別很大。通常適當(dāng)?shù)墓δ軉挝皇鞘茉摦a(chǎn)品如何驅(qū)動(dòng)消費(fèi)的影響，如200g薯?xiàng)l，但使用較大的功能單元如1t薯?xiàng)l，可能更容易收集數(shù)據(jù)和計(jì)算碳排放。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外食品評(píng)價(jià)研究［8-10］，本文食品生命周期碳排放的功能單位定義為單位包裝產(chǎn)品的碳排放。

2.4 食品生命周期碳排放清單分析

有關(guān)的數(shù)據(jù)應(yīng)包括產(chǎn)品系統(tǒng)邊界范圍內(nèi)所有溫室氣體的排放。在計(jì)算食品生命周期碳排放時(shí)需要兩類數(shù)據(jù)，活動(dòng)水平數(shù)據(jù)和排放因子。活動(dòng)水平數(shù)據(jù)是指食品生命周期中涉及到的所有材料和能源(物料的輸入和輸出、能源使用、運(yùn)輸?shù)?，如表3所示;排放因子可將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成溫室氣體排放量，即單位活動(dòng)水平數(shù)據(jù)排放的溫室氣體數(shù)量(如每千克輸入量的千克溫室氣體)。活動(dòng)水平數(shù)據(jù)和排放因子可來(lái)自初級(jí)或次級(jí)數(shù)據(jù)。初級(jí)數(shù)據(jù)是指針對(duì)具體產(chǎn)品生命周期由內(nèi)部或供應(yīng)鏈中別人所做的直接測(cè)量;次級(jí)數(shù)據(jù)是指不針對(duì)具體產(chǎn)品的外部測(cè)量，是一種對(duì)同類過(guò)程或材料的平均或通用測(cè)量(如行業(yè)報(bào)告數(shù)據(jù))。一般情況下，盡可能多的使用初級(jí)活動(dòng)數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@類數(shù)據(jù)可更好地了解實(shí)際碳排放情況，并有助于找到減排的機(jī)會(huì)。

表3 通用活動(dòng)水平數(shù)據(jù)

2.5 食品生命周期碳排放計(jì)算

食品生命周期碳排放總量應(yīng)包括整個(gè)產(chǎn)品生命周期中所有活動(dòng)的所有材料、能源和廢棄物乘以其排放因子之和。即某一活動(dòng)的碳排放=活動(dòng)水平數(shù)據(jù)(質(zhì)量/kWh/km)×排放因子(每個(gè)單位的CO2當(dāng)量)。每項(xiàng)活動(dòng)的溫室氣體排放計(jì)算出來(lái)后，可利用全球增溫趨勢(shì)(GWP)將其換算成二氧化碳當(dāng)量。需要指出的是，計(jì)算碳排放時(shí)通常需要質(zhì)量平衡，以確保所有輸入、輸出和廢物流均被計(jì)入。食品碳排放涉及步驟復(fù)雜，圖1可為計(jì)算碳排放提供參考，對(duì)標(biāo)示符號(hào)的步驟分別計(jì)算碳排放。

圖1 食品生命周期碳排放計(jì)算示例

3 結(jié)論與展望

食品生命周期碳排放評(píng)價(jià)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作。本文基于可持續(xù)發(fā)展思路，利用LCA理論和方法，對(duì)食品原料的生產(chǎn)、食品加工銷售、食用、廢物處置等階段的碳排放源進(jìn)行了分析，明確了低碳食品的內(nèi)涵，提出了食品生命周期碳排放評(píng)價(jià)范圍、評(píng)價(jià)對(duì)象、評(píng)價(jià)功能單位，并初步分析食品生命周期碳排放數(shù)據(jù)的收集和食品生命周期碳排放的計(jì)算。由于我國(guó)在食品的原料選擇和再加工過(guò)程中工藝種類繁多，再加之食品消費(fèi)階段多樣性以及廢物回收與處置的復(fù)雜性，都給食品生命周期的碳排放定量化工作帶來(lái)一定的難度，但隨著各類數(shù)據(jù)的收集與積累，食品生命周期的碳排放評(píng)價(jià)工作將越來(lái)越規(guī)范化和程序化。我們相信，通過(guò)開(kāi)展食品碳排放評(píng)價(jià)將為我國(guó)食品工業(yè)帶來(lái)更好的綜合效益，為我國(guó)食品可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

［1］劉妍.淺析啤酒全生命周期中的清潔生產(chǎn)機(jī)會(huì)［J］.環(huán)境科學(xué)管理，2008，33(9):186-190.

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Study on carbon emission assessment of food life cycle

MA Ai-jin1，ZHAO Hai-zhen2
(1.China National Institute of Standardization，Beijing 100088，China;2.Appraisal Center for Environment and Engineering，State Environmental Protection Administration of China，Beijing 100012，China)

Based on the theory of life cycle assessment(LCA)，a list analysis on the food carbon emission of the stages of raw material，production，consumption，and disposition was made.Furthermore，the framework and approach of calculating the food carbon emission was also developed.

food life cycle;carbon emission;assessment

TS201.2

A

1002-0306(2011)09-0461-03

2010-08-24

馬愛(ài)進(jìn)(1975-)，男，副研究員，主要從事食品質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)、食品接觸材料評(píng)價(jià)、食品流通等研究。