基于生命周期的產品碳足跡評價與核算分析

田彬彬 徐向陽 付鴻娟 王 順

（中國礦業大學（北京）管理學院，北京 100083）

1.引言

聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）2007 年發布的第四次評估報告指出：全球氣候異常現象，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評價的研究[3-8]。碳足跡主要包括國家碳足跡、企業（組織）、產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與能源的耗用所產生的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。產品碳足跡是指以產品制造、使用及廢棄階段，全生命周期過程中產生的GHG 排放量。企業（組織）碳足跡是指與產品碳足跡比較，還包括了非生產性的活動造成的。本文主要圍繞產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的PVC產品為例計算了PVC產品的碳足跡，以期對相關領域碳足跡的評價與核算工作提供一定的借鑒作用。

2.產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品或服務層面，給出了對某產品或服務在生命周期的碳排放估算方法和規則。ISO 將生命周期定義為[8]，通過確定和量化與評估對象相關的能源消耗、物質消耗和廢棄物排放，來評估某一產品、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、循環回收，直到最終的廢棄。因此各個核算標準制定的關鍵在于收集整理產品生命周期各個階段的碳排放數據，并采用適當方法進行碳排放估算。

2.1 產品碳足跡評價標準

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

表1 國際間主要碳足跡評價相關標準及執行規范

碳足跡評價的產品包括商品和服務兩部分。產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，評價的是產品全生命周期的碳足跡，不僅包括產品的某個階段，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年起發布了ISO 14040/44 系列標準，制定LCA 應用到環境管理上的標準評價架構及步驟。

2008年10月，英國標準協會出版了PAS 2050執行規范及其指導文件，旨在對產品和服務生命周期內溫室氣體排放的評價要求做出明確的規定。該規范在幫助企業管理自身產品和服務的碳排放外，還希望協助企業在產品設計、生產、使用、運輸等各個階段尋找降低碳排放的機會，以達到最終生產出低碳產品的目的。這是第一部通過統一的方法評價產品生命周期內溫室氣體排放的規范性文件。

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

2.2 產品碳足跡評價基本步驟：

2.2.1 建立進程圖

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

B2C：評價內容從原材料、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：評價內容包括原材料通過生產直到產品到達一個新的組織，包括分銷和運輸到客戶所在地，即所謂的“從搖籃到大門”。如圖2所示。

圖2 B2B流程

2.2.2 確定邊界和優先事項

根據ISO 14025 所指定的某個相關產品類別規則，與其規定的邊界系統一致；如果不適用于評價對象產品，則根據標準原則界定系統邊界。

2.2.3 數據收集

收集生命周期各個階段中活動數據和排放因子。

2.2.4 計算碳足跡

計算主要依據碳足跡計算方程，注意質量守恒，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。但執行不確定性檢驗可以提高計算結果的準確度，了解收集數據的質量。

產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年生產的PVC產品[9]，來分析產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生的碳排放。

3.3 數據收集

計算碳足跡需要兩類數據：活動水平數據和排放因子數據?；顒铀綌祿碜袁F場實測；排放因子采用IPCC規定的缺失值。活動水平數據主要包括：原料煤、重油、自發和外購電力、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。

活動水平數據和排放因子數據如表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

華北區域電網[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 數據計算

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

從計算環節可以看出河北盛華化工有限公司的碳排放環節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：使用次級數據；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；初級數據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據代替次級數據；對每一道工序都進行能源消耗的跟蹤在線監測，提高初級數據的準確性。

4.結語

低碳是企業未來生存和發展的必然選擇，企業進行產品碳足跡的核算是企業實現溫室氣體管理，制定低碳發展戰略的第一步。通過產品生命周期的碳足跡核算，企業可以了解排放源，明確各生產環節的排放量，為制定合理的減排目標和發展戰略打下基礎。

[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產品中的應用[J].氯堿工業，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] 國家發改委應對氣候變化司.關于公布2009年中國區域電網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.