陳榮圻
中國國家主席習近平于2020 年9 月在聯合國大會一般性辯論上承諾中國力爭在2030 年前實現碳達峰,2060 年前實現碳中和,并在2021 年4月的40 國氣候會議上重申上述承諾。
碳達峰指在某一個時間點的二氧化碳排放量不再增長而達到峰值,之后逐步回落。碳中和指在一定時間點通過植樹造林、節能減排,抵消產生的二氧化碳,實現二氧化碳零排放,后30 年二氧化碳排放量逐年減少至凈碳歸零。
為了實現上述承諾,在2021 年全國人大代表會議上,政府工作報告指出“做好碳達峰、碳中和工作”成為2021 年的重點任務之一,“十四五”規劃也將加快推進綠色低碳發展列入其中。實現碳達峰和碳中和必須推動經濟社會的全面綠色低碳轉型,關鍵要依靠再生新能源和相關的綠色低碳經濟、節能環保技術。據清華大學研究機構估算,僅可再生新能源基礎設施領域,2020—2050 年的累計投資需求就高達100 萬~138 萬億元人民幣,帶動的其他節能環保產業的發展更是不可估量。
鑒于中國碳排放量約占全球的28%,2019 年全球約51.7%的煤炭消費來自中國,煤炭消費占中國能源消費總量的57%左右,其中約7.8%來自進口,今后10 年里中國將大幅削減對煤炭的需求。天然氣消費在過去幾年僅占能源消費總量的2%~3%,現在仍然不到10%,使用成本低于太陽能和風能,但是隨著技術發展,后者成本將大幅下降,而且天然氣所含甲烷(也是溫室氣體)高達85%,其次是乙烷、丙烷和丁烷。2019 年,全球約14.5%的石油消費來自中國,約占中國能源消費總量的19.7%,其中逾66.2%依賴進口。不過,中國油氣消費量在今后的10 年內將保持穩定并開始大幅下降。2019 年全球約12.5%的核能消費來自中國,僅占中國能源消費總量的2.2%左右,大有發展空間。2019 年中國水電消費量占全球30.1%左右,占中國能源消費總量的8%。中國水力發電資源豐富,除早期的長江三峽水電站外,云南、貴州等地水資源豐富。2021 年竣工的云南白鶴灘水電站裝機容量僅次于長江三峽水電站。核電站目前已建成約490座,發電量僅占總發電量的5%(美國約占20%),發展空間很大。2021 年5 月19 日,中俄合作在田灣和徐大堡開工建造核電站,建成后發電量將達到376 億kWh,相當于每年減排3 068 t 二氧化碳。中國新疆、寧夏、甘肅等西北地區地域廣闊、日照時間長,風力資源豐富。2021 年在甘肅酒泉戈壁上竣工的風電場裝機容量達10 GW,相當于長江三峽發電量的1/2;2025 年裝機容量翻番,達到20 GW。甘肅玉門也有一個風能發電站。風能和太陽能發展的同時還能使貧瘠的大西北經濟不斷增長。
中國在未來2 個5 年計劃內需將核電消費量提高到原來的6 倍,將水電消費量提高到原來的2 倍才能取代燃煤發電。這種轉變可能對全球市場造成迅速且積極的影響,而且是持久的影響。各國能否從零碳的中國獲得好處,取決于這些國家的出口結構。
聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)于2021 年8 月中旬發布報告稱,在今后的20 年內,全球變暖幅度可能會達到或超過1.5 ℃。但是如果各國特別是發達國家以及中國在10 年內采取積極的減排措施,到21 世紀中葉,升溫幅度可能會控制在1.6 ℃以內,到2100 年將控制在1.4 ℃以內。其實到2015 年,中國“十二五”時期應對氣候變化目標:比2010 年單位GDP CO2排放下降17%,單位GDP 能耗下降16%,共節能6.7 億t 標準煤,相當于少排放CO215.5 億t。作為碳排放量巨大的國家之一,中國將是這些努力的核心。中國已經制定了減緩碳排放增長以及開發清潔能源的目標,中國現在已經是世界上最大的太陽能電池板、風能渦輪發電機和價格最低氫能主要設備——電解槽的生產國。
中國在2020 年9 月和2021 年4 月所承諾的目標給能源密集型部門帶來壓力,使其加快脫碳速度。占中國碳排放總量約15%的鋼鐵行業打算在承諾日期前達到額定目標,即2025 年達到碳排放的峰值。中國目前共237 家鋼鐵企業,鋼鐵產能約6.5 億t,已完成超低排放改造。總部設在赫爾辛基的能源與清潔空氣研究中心于2021 年8 月13 日發布報告稱,中國在這一領域的成功取決于政府對電力和鋼鐵行業的投資:從燃煤電廠和以煤為基礎的煉鋼永久轉向零碳電力和低碳鋼鐵(革除傳統的鐵礦石和煉焦煤在高爐中產生生鐵,然后在電爐中煉鋼)。
中國加大了對清潔能源的投資力度。中國電力企業聯合會稱,2021 年年底,非化石能源發電裝機規模及占比將首次超過煤電。2021 年一季度,重點調查企業91%的電源投資投入非化石能源發電。
除了發電和鋼鐵企業是化石燃料消費大戶外,使用石油的重點還有汽車行業。石油(原油)中含有烷烴、環烷烴和芳香烴(平均質量分數為84%~87%),經高溫裂解分餾為用于汽車的汽油和柴油,替代能源是鋰電池。截至2020 年6 月底,我國電動車保有量達450 萬輛;全國累計共建成充電站38 萬座,換電站449 座,各種充電樁132.2 萬個,數量均為世界第一[1]。盡管如此,電動車保有量仍然與目前燃油車保有量2.4 億輛有相當大的差距。電動車的車速、行駛距離還有待技術上的提高,電動車電池大有發展余地,充電站使用的應是綠色電力。
不僅是中國的可再生能源發展迅速,國際氣候及能源獨立智庫(Ember)于2021 年8 月18 日發布的報告顯示,歐盟于6~7 月的太陽能發電量創歷史新高,占歐盟發電總量的10%。期間歐盟太陽能發電量接近39 TWh,其中德國最多,為13.4 TWh,占該國發電總量的17%左右;西班牙其次,由2018 年同期的3.1 TWh 增加至6.4 TWh,占西班牙發電總量的16%。但是歐盟6~7 月煤電占發電總量的14%,仍然高于太陽能發電量。
1972 年6 月,聯合國第一次人類環境會議在瑞典斯德哥爾摩召開,揭開了人類歷史上將生態環境保護放到重要位置的新篇章。世界環境與發展委員會(WECD)經過長期研究,于1987 年在日本東京召開世界環境與發展大會,共同探討如何使人類社會踏上可持續發展道路。會議發表了時任世界環境與發展委員會主席布倫特蘭夫人主持起草的《我們共同的未來》報告。在這份報告中,可持續發展被定義為既要滿足當代發展需要,又不破壞后代發展能力。該報告首次將環境問題提上政治日程,第一次在全球范圍內確認了可持續發展的內涵與任務。《21 世紀議程》《里約環境與發展宣言》詳細闡述了可持續發展的模式和內涵[2-3]。
1992 年,聯合國在里約熱內盧的峰會上首次將氣候變化作為必須首先解決的可持續發展問題,并決定成立聯合國氣候變化框架組織(UNFCCC),在UNFCCC 下的締約方大會(COP)是各國磋商事務的大會,并通過了《聯合國氣候變化框架公約》(1994 年3月21日正式生效)。
在1997 年召開的第3 次COP 會議通過了《京都議定書》,規定管制的6 種溫室氣體為:二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、六氟化硫、全氟碳化物和氫碳氟化物,最終有37 個國家簽署了議定書,這些國家排放的溫室氣體占當時全球溫室氣體排放總量的55%以上。
2003 年,英國政府發表《能源白皮書》,其中的Our Energy Future-Creating a Low Carbon Economy首次提出“低碳經濟”概念。2007 年7 月,美國參議院提出《低碳經濟法案》,表明低碳經濟的發展道路是未來美國的重要戰略選擇。
低碳經濟著眼于解決氣候變化問題,而氣候變化是環境問題之一。可持續發展所涉及的范圍比低碳經濟要廣,包括經濟、環境和社會問題,低碳經濟符合可持續發展的原則和方針,也是通往可持續發展的必經之路。低碳經濟是以低能耗、低污染、低排放為基礎的經濟模式,是人類社會繼農業文明、工業文明之后的又一次重大進步。低碳經濟和節能減排的相同之處在于節約和減少能源消耗,減少排放;不同之處在于低碳經濟開發低碳、無碳排放的新能源,如風能、太陽能、水力能、核能、地熱能、潮汐能、生物能、氫能等。低碳經濟不僅影響生產方式,而且滲透到消費方式、生活方式和生存理念中。
聯合國制定了可持續發展及溫室氣體減排政策,對中國產生了不小的影響。當前中國正處于城市化進程中,正處在能源需求快速增長階段,中國特有的富煤、缺油、少氣的資源結構決定了以煤為主的資源消耗方向,火力發電所占比例高達77%以上,高碳能源占絕對統治地位。中國的經濟主體是第二產業,工業生產技術水平相對落后(工業能源消耗占總量的70%),創新研發能力又有限,因此低碳經濟的發展模式將會對中國造成巨大沖擊。通過多年努力,現今中國的太陽能、風能和電動車資源總量已居世界首位,有利于攻克“碳堡壘”。但是當前高能耗產業比重過高的問題仍然比較突出,實現2030 年前碳達峰和2060 年前碳中和目標首先就要調整和優化產業結構。企業向綠色低碳經濟轉型,需要加快產品結構和布局調整,優化供需關系,實現減碳發展。近年來,我國在鋼鐵、建材、石化、高鐵、電子、航空、航天等產業通過補短板、強弱項,在邁向全球產業鏈和價值鏈的中高端方面取得了巨大進步。但是企業創新能力還不強,特別是核心技術(例如芯片,特別是超細納米芯片)受制于人,高端產品有效供給能力不足,產品結構性矛盾突出,嚴重影響汽車、手機的生產。要大力調整產業結構,投入開發資金,通過提升供給質量,落實供給側結構性改革,淘汰低效產能,落實好產能置換;要優化原燃料(包括煤、天然氣、石油)和能源結構,優化工藝流程,進行結構改革,淘汰落后的工藝和設備;要不斷推進產能布局優化,在堅持生態環境承載力前提下,耗電量大的產業(如電解鋁、工業硅、金屬鎂等)、碳排放量高的企業逐步向可再生能源富集且消納能力不足的地區轉移。
加快綠色低碳技術創新和推廣應用,提升節能降碳能力。隨著風能、太陽能等綠色能源的發電成本逐步下降,在綠色電能比重增加的情況下,應重點關注儲能、智慧電網、高效電耗蒸汽以及大規模電解水制氫,由此重點推動鋼鐵行業圍繞氫冶煉、發展直接還原、熔融還原等非高爐焦炭冶煉、冶金渣余熱回收及綜合利用,同樣鋁電解槽也要實施余熱回收。要探索二氧化碳資源化利用的途徑、技術以及工藝。建設完整的二氧化碳捕集、利用一體化試點項目工程。例如中石油在吉林油田建成了國內首個二氧化碳分離、捕集以及驅油等全產業鏈項目基地,在保障氣田清潔生產的同時,二氧化碳埋存率達到93%以上。盛虹石化捕集高濃度二氧化碳生產碳酸二甲酯,已實現幾十萬t規模的利用目標。
2021 年3 月,在人力資源和社會保障部向社會發布的新職業目錄中,“碳排放管理員”應運而生,石化等部分行業已經針對這個新職業開發了職業標準和培訓課程,估計后期還會有更多行業完善這個職業培訓,以配合達到碳達峰和碳中和目標。
2.2.1 紡織品生態環境標簽
歐洲于20 世紀末對紡織品服裝推行生態環境標簽獲得很大成功。自1978 年世界上第一個環境標志——德國的“藍色天使”標志問世以來,環境標志成為一種環境管理手段風行世界。加拿大、日本于1988年,丹麥、芬蘭、冰島、挪威、瑞典于1989 年,法國于1991 年相繼開展環境標志工作。目前已有40 個國家和地區發布環境標志。其中有政府機構的環境標志,如歐盟的Eco-Label;非政府環境標志中最著名的是“國際生態紡織品研究和檢驗協會”的STANDARD 100 by OEKO-TEX?;也有生態紡織認證機構的環境標志,如英國Intertek(天祥)、瑞士SGS、德國TüV Rheinland 的Toxproof、瑞士TESTEX 等。它們的生態環境標志如圖1所示。
2.2.2 紡織品碳足跡標簽
正因為生態環境標志獲得巨大成功,在應對氣候變化、發展低碳經濟成為主題后,碳足跡標簽機制應運而生。碳足跡標簽作為一種能夠促進可持續生產與消費的基本手段,創造了一個對企業節能減排給予經濟回報的市場機制。通過評估產品的碳足跡并如實告知消費者選用綠色產品,鼓勵生產企業不斷減少原材料的使用、改進生產工藝,以減少產品消費對環境產生的負面影響。通過產品碳標簽賦予消費者知情權,消費者根據溫室氣體排放量選擇購置低碳產品。碳足跡標簽從目前僅局限于紡織品服裝推廣應用于高碳排放行業。
世界上首個紡織品服裝碳足跡標簽誕生于英國,由英國政府資助的半官方碳信托基金(Carbon Trust)是英國政府于2001 年基于應對氣候變化開始實施的氣候變化稅。碳信托公司于2001 年4 月成立,2007 年3 月發布首個碳足跡標簽(見圖2)。該標簽所示是某個產品在生命周期(從原材料的獲取、產品制造、包裝運輸、分銷、產品使用一直到產品廢棄后處理的整個過程)中所釋放的所有溫室氣體量(顯示650 g),即碳足跡(Carbon footprint)。
日本標準協會于2009 年4 月公布碳足跡標準(TS Q0010);法國參議院于2009 年通過“新環保法”,發布了世界第一個強制性碳足跡標簽;美國、加拿大、瑞士、德國、澳大利亞、韓國、中國臺灣、中國香港等地相繼發布碳足跡標簽;中國發改委已在數年前醞釀制定中國紡織服裝的碳足跡標簽,各國碳足跡標簽如表1 所示。碳足跡標簽的使用在推動節能降耗方面具有很大潛力,但是發展中國家受到來自發達國家的強制性要求(例如對達不到相應碳排放量的產品設限),可能形成相關的技術性貿易壁壘。首次提出碳足跡概念的是一篇發表于1990 年由Rees[5]撰寫的論文,Wackernage[6]將其完善成為生態足跡(EF)理論,這是近30 年來定量可持續發展中最重要的進展之一。EF 是指在一定技術條件和消費水平下,某個國家、地區企業可持續發展所必須實行的下一個綠色通行證。

表1 各國的碳足跡標簽[3-4]
2.3.1 英國Carbon Reduction Label[7]
由英國政府資助的碳信托公司于2007 年推出減碳標簽,并于2008 年推出相應的碳足跡核算規范PAS 2050。減排標簽的認證依據是PAS 2050 認證程序(對碳足跡進行核算、認證、制定并執行減排計劃和發布標簽)。
TESCO 是碳信托公司的合作伙伴,從一開始就參與其中,提出的低碳目標之一是對其經銷的7 萬多種商品全部進行碳標識。TESCO 已于2008 年開始在英國本土銷售的200 多種商品上貼碳標識,但在中國的樂購超市至今未見商品上貼碳標簽。
2.3.2 美國Carbon Free Label及Climate Conscious Label[8]
Carbon Free Label是由Carbon Fund公司推出的美國第一個適用于碳中和產品的碳標簽,認證對象是英國頒布的B2C 產品。該認證采用生命周期評估(LCA)法來進行碳足跡核算,認證程序包括碳足跡核算、制定并執行碳中和計劃以及發布碳標簽。
美國的Walmart 作為全球最大的零售商之一,已經于2014 年完成10 萬個供應商品的能耗、物耗和排放評估,重點在中國市場。美國還有Addidas、Nike、Apple、Home Depot 和Dell 等品牌都有相應的碳標簽推行計劃。
2.3.3 法國Group Casino Indice Carbone[9]
Group Casino Indice Carbone 是由法國連鎖超市Casino 于2008 年6 月自行推出的碳標簽,認證對象為B2C 產品,均為Casino 超市的自售產品。該標簽采用由Bis 智能服務環境咨詢公司開發的LCA 法進行碳足跡核算。
Casino 推出的碳標簽得到了法國環境能源管理局的認可。法國政府呼吁國內所有零售商采用相似的碳足跡和碳標簽體系。2010 年7 月,“新環保法規”得到法國國民議會的采納,2011 年7 月1 日起開始試運行,該法案要求法國市場上銷售的商品必須披露產品整個生命周期及其包裝的碳足跡數值。
2.3.4 瑞士Climatop[7]
Climatop 標簽由瑞士最大的連鎖超市Migous 發起,應用于其自有品牌產品。如今,非Migous 的所有B2C 產品均可以申請該標簽認證。該標簽上并無碳足跡具體數值,獲得該標簽表示產品已有效減少碳排放量的20%。
2.3.5 德國Product Carbon Footprint[10]
2008 年,德國政府支持啟動“德國產品碳足跡試點項目”,世界自然基金會(WWF)、德國生態研究所、波茨坦氣候影響研究會以及德國低碳社會推進小組共同協助完成產品碳足跡標志的試點。該標簽的碳足跡核算方法以ISO 14040/44 為基礎,并參照PAS 2050。認證對象為所有B2C 產品,目前獲得標簽的產品包括家用紡織品和食品等。
2.3.6 澳大利亞Greenhouse Friendly Label
Greenhouse Friendly 計劃由澳大利亞氣候變化與能源效率部于2001 年發起,作為計劃的一部分,碳標簽認證工作也隨之展開。該標簽為碳中和標簽,認證程序包括碳足跡核算、制定并執行碳中和計劃以及發布標簽。
2.3.7 日本Carbon Label[11]
日本于2009 年1 月發布“技術規范(TS Q0010 產品碳足跡評估和貼標基本規范)”草案,隨后開展了為期3 年的碳足跡試點計劃。計劃分為4 步:(1)生產同一類別產品的公司聯合行動,制定統一的產品類別碳足跡核算方法;(2)根據核算結果授予碳標簽;(3)參照ISO 標準和相關國際標準制定可信的碳足跡試點計劃;(4)完成數據庫的建設。該認證對象為B2C產品,目前已完成食品、材料和電子等多個類別產品的碳標簽認證。
中國紡織服裝行業進行低碳認證尚處在起步階段,大部分企業對于低碳認證知之甚少,重點在于電力、鋼鐵和汽車行業,這些“碳堡壘”行業正在實行行之有效的可再生能源發展方案,而且有些已經處于世界領先地位。紡織服裝行業碳排放量相對較低,企業要全面推行低碳制造,需要大量的前期投入,如使用低碳環保的生產原料,引進節能環保的生產技術,更新現有的生產設備。中國國家發改委應對氣候變化司已經聲明,中國已經啟動重點行業典型產品及重點減排項目低碳認證制度,已經出臺《中國低碳產品認證管理辦法》[12]。
隨著碳標簽制度的發展,產品的碳足跡核算也隨之普及。一些國家開始將碳標簽強制化,許多大公司通過產品碳足跡核算進行內部和零售商供應鏈的環境管理與成本控制,實施商業競爭,并引領綠色發展潮流。
產品碳足跡是指某個產品在整個生命周期過程中所直接和間接排放的溫室氣體總量。目前已知的溫室氣體總量有100 多種,但是《京都議定書》要求減排的6 種溫室氣體是二氧化碳CO2、甲烷CH4、氧化亞氮N2O、六氟化硫SF6、全氟碳化物PFCs、氫碳氟化物HFCs,重點是二氧化碳。在染料和印染行業,直接排放是指在重氮化過程中產生N2O,間接排放是指使用PFOS 及PFOA 整理劑。
不同溫室氣體的溫室效應(GWP)不同,已知CO2的GWP 為1,其他溫室氣體則可以通過GWP 轉換為CO2當量。例如CH4的GWP 為25,即1個單位的CH4釋放量相當于25 個單位的CO2,從而可以比較產品的GWP;N2O相當于298個單位的CO2,SF6相當于22 800個單位的CO2,HFCs 相當于124~14 800 個單位的CO2,PFCs則等同于7 390~12 200個單位的CO2。
產品的生命周期過程是指從原材料的獲取、產品生產、產品包裝、產品分銷運輸、產品使用和處置、再生回收利用等所有階段,也就是“從搖籃到墳墓”的概念。對許多中間產品進行碳足跡核算時,可以將產品的生命周期定義為“從搖籃到大門”,也就是從原材料提取到完成中間產品并送到下游加工廠的工廠大門(見圖3)。
產品的碳足跡是實用的衡量指標,通過對產品碳足跡的核算,企業可以了解產品在整個生命周期過程中排放的溫室氣體量,從而制定相應的減排計劃和目標,同時可以對影響環境之一的溫室效應進行量化評估。產品碳足跡核算也為比較同類或不同類別產品的環境績效或環境成本提供了依據。因此,產品碳足跡也是企業進行環境管理,改進低碳產品的工具之一。
德國的服裝由零售業OTTO 集團完成了某些產品的碳足跡核算。以一件女式長款襯衣為例,其碳足跡核算結果為10.66 kg CO2當量,其中棉花生長環節產生的碳足跡約為1.27 kg CO2當量,包括紡紗、織布、染色和縫制等生產環節的碳足跡約為3.00 kg CO2當量,包裝、配送、運輸等環節的碳足跡約為2.84 kg CO2當量,產品使用階段的碳足跡約為3.30 kg CO2當量。生產加工和使用階段(新衣到穿舊而廢棄)占了59%,屬于大頭,所以生產加工工藝和使用方法是值得改進的地方。英國瑪莎(Mark &Spencer)在服裝使用階段進行碳足跡核算時,將產品洗滌溫度從40 ℃降低到30 ℃[13],節省下的電力相當可觀,由此減少了產品的碳排放量,同時也促進洗滌劑生產企業開發添加氧化劑和活化劑且適合低溫使用的洗滌劑。紡織品服裝的碳足跡核算不但可以促進企業減排、開發綠色低碳產品,又能改善生態環境,也可帶動上游企業開發低碳綠色產品。
對碳足跡進行評估需要使用生命周期評估(LCA)法。LCA 是評價一個產品整個生命周期階段(從原料的取得、加工到產品生產、包裝、市場營銷、使用,直到再循環使用和最終廢物處理)的環境影響。按照ISO 14040 的定義[14],LCA 主要由定義分析目的、確定分析范圍、建立和分析生命周期清單、影響評價和結果解釋4部分構成。
生命周期評價的基礎是生命周期清單(LCI),LCI 是LCA 基本數據的一種表達,即產品在整個生命周期階段的資源、能源消耗和向環境排放(包括廢氣、廢水、固體廢棄物及其他環境釋放物)數據的目錄。通過建立產品功能分析單位表達產品系統的輸入和輸出,以了解企業的物耗、能耗及環境表現。
影響評價實質上是對清單分析階段的數據進行定性或者定量排序的過程。根據需要,影響評價可以分為影響分類、特征化、量化3 個階段。影響分類首先將從清單分析中得來的數據歸類到不同的環境影響類型,如生態影響大類下包含全球變暖潛能值GWP、臭氧層破壞、酸雨、光化學煙霧、水體富營養化等。特征化是指按照影響類型建立清單模型,指通過環境模型將經過分類的物理、化學、生物以及毒理學數據描述的各種環境干預換算成一定的環境效應評分。例如產品碳足跡就是由歸類于全球變暖的清單物質乘以特征化因子(溫室效應因子)而得到。量化是指通過建立生命周期清單以及對清單進行分析(影響歸類和特征化)得到產品的環境足跡。例如了解產品在生命周期過程中的碳足跡、水足跡、能量足跡以及對臭氧層的破壞等,就可以對產品的環境影響有更加客觀的認識。
通過LCA,產品在各個階段的能耗、物耗以及排放數據都能夠得以量化。利用LCA 可以了解哪些環節對產品的環境足跡影響比較大。LCA 的這些功能使其成為綠色設計以及環境效益和經濟效益評價的輔助工具。
根據上述對LCI 的闡述,對其中歸類于全球變暖的數據進行特征化,最終得出碳足跡。因此產品碳足跡評估可以按照ISO 14040/44[16-17]進行。由于在《京都議定書》之后建立的一系列溫室氣體減排政策架構和市場機制,特別是一些國家和地區的產品碳標識法規和產品碳標簽體系的執行,產品碳足跡核算逐漸普及。考慮到LCA 法的復雜性、與下游消費者交流的必要性以及同類產品相互比較等方面的因素,專門用于碳足跡核算的標準有PAS 2050(世界上首個專門用于碳足跡核算的標準)、世界資源研究所(WRI)[18]產品碳足跡協議和ISO14060 等。這些標準都是依據ISO 14040/44 進行制定并進行了一定的簡化。這些標準的制定與出臺將進一步推動碳足跡核算在供應鏈和產品層面的應用,同時也為LCA 法在工業領域的大規模應用打下基礎。
《京都議定書》的制定、碳貿易機制的執行以及政府節能減排的需求,都要求企業進行溫室氣體的核算和管理。WRI 和世界可持續發展工商理事會(WBCSD)于1998 年共同發起溫室氣體盤查議定書倡議活動,并于2001 年9 月正式公布了一套企業溫室氣體會計與報告的標準,該標準參照IPCC 的標準制定。1996 年國家溫室氣體協議對企業溫室氣體核算和核定做出規定,范圍涵蓋《京都議定書》中的6 種管制溫室氣體。
2006 年,國際標準化組織(ISO)參照WRI 的企業溫室氣體協議制定了ISO 14064-1[19],以便在全球范圍內規范、指導企業的溫室氣體核算和管理。國際標準化組織于1993 年成立環境管理技術委員會(ISO/TC 207),著手制定ISO 14000 環境管理體系標準。從14001 到14100 有100 個標準號:ISO 14001-14009 環境管理體系(EMS)、ISO 14010-14019環境審核(EA)、ISO 14020-14029 環境標志(EL)、ISO 14030-14039 環境績效評估(EPE)、ISO 14040-14049 生命周期評價(LCA)、ISO 14050-14059環境管理術語(EMV)、ISO 14060-14069 溫室氣體計算與核實(GGAV)。當前備用標準號為ISO 14070-14100。
目前核算公司碳足跡的標準有ISO/TC 207、ISO 14064-1以及WRI GHG Protocol。其中ISO 14064-1是參照WRI 的企業溫室氣體盤查議定書制定的,兩者并無本質區別。
水資源作為主要的自然資源,是生物賴以生存的主要物資,但地球上可以直接利用的淡水資源十分匱乏,且人口不斷增長和工農業生產的快速發展造成水資源短缺,同時水污染的嚴重越發加快水資源危機,成為各國在經濟和技術上面臨的復雜問題。
紡織工業是中國國民經濟傳統產業,是重要的民生行業,由于紡織印染行業快速發展所造成的水資源問題非常嚴重。據不完全統計,中國紡織行業年耗水量達95.48 億t,新鮮水用量居全國各行業第二位,廢水排放量居全國第六位。目前我國紡織行業中80%的用水量和污水排放量來自印染行業[20],而印染廢水的年回用率不到10%。因此,降低水的消耗量是印染行業節能減排的重要環節,開展水足跡核算是節約用水的有力工具。
水足跡是水資源管理的重要工具,可以清楚地闡明產品生命周期中使用的新鮮水量和稀釋污染物的水量。荷蘭學者Hockstra 于2002 年首先提出水足跡概念[21]。2008 年,WWF 公布的《地球生命力報告》首次引入水足跡,并將其作為衡量地球健康狀態的第3 個指標,用來說明水資源對地球生態系統的重要性[22]。2009 年,Hockstra 開發了水足跡評價指南[23],用以計算和評價水足跡。2010 年末,通過水足跡網絡,水足跡的計算方法得到統一[24]。
水足跡是與消費相關的新鮮水使用指標,不僅包括生產者和消費者的直接用水,還包括間接用水,可以看作是新鮮水資源占有的綜合指標。產品的水足跡是指在整個供應鏈中用于生產該產品所需新鮮水的使用量,是一種能夠顯示不同來源用水量和不同類型污染物污染量的多方面指標。
水足跡數據為合理使用水資源提供精確信息,能夠實現水的可持續使用和分配[25]。根據各階段的水足跡值,有針對性地安排節水,能夠實現工業的低耗水發展,為企業提高國際市場競爭力、實現行業的低耗水生產以及有效緩解水資源匱乏做出貢獻,也為社會和經濟影響的局部評估奠定良好基礎。
紡織行業是全世界耗水量最大的行業之一,特別是印染行業中高附加值的純棉機織物,經過退漿、煮練、漂白、絲光的染整前處理,染色、印花直到后整理都為濕處理,因此紡織品的印染環節更是高耗水工藝階段。中國環境保護部和國家質量監督檢驗檢疫總局繼發布GB 4287—1992《紡織染整工業水污染物排放標準》后,又于2012 年發布GB 4287—2012 修正本,并同時發布另外3 個強制性國家標準,即GB 28936—2012《繅絲工業水污染物排放標準》、GB 28937—2012《毛紡工業水污染物排放標準》以及GB 28938—2012《麻紡工業水污染物排放標準》,突出各種織物的單位產品基準排水量(m3/t 標準品),限制產品在生產過程中的用水量。這些法規的出臺旨在為印染行業實施節能節水降耗、減排污染物等提供依據。
在2021 年9 月13 日國務院新聞辦公室召開的新聞發布會上,工信部部長肖亞慶說,在通過優化產業結構實現節能減排,初步建立起落后產能退出長效機制的同時,工信部大力推動工業節能節水、資源綜合利用和清潔生產,通過綠色制造提高資源能源利用率。截至2020 年底,全國共打造2 121 家綠色工廠,171 個綠色工業園區。目前已經探索出了一批具有地方、行業特色的綠色制造和節能節水轉型模式。
紡織印染服裝行業是有關國計民生的重要行業,對傳統落后的耗能耗水企業必須進行生產工藝路線的智能化改造。針對高耗水與高廢水排放的印染工藝階段,有學者強調核算與研究紡織服裝在該階段水足跡的重要性和必要性。有人指出[26]紡織印染行業不僅是高耗水行業,也是高廢水行業,水資源利用率影響紡織行業的未來發展。筆者曾到過一些印染企業,看到他們對廢水的處理程度已經達到可以養魚的標準,并且可以重新回用到生產中,但這也只是個別企業。只有把印染企業集中在一個個工業園區內進行廢水綜合集中處理,并對其提出嚴格的排放要求,才能對印染企業產品水足跡進行精確核算。
產品水足跡可以對整個生產鏈所有工藝步驟消耗水量、廢水量和處理后的水回用量進行估算,適用于各類產品。估算產品水足跡首先要了解產品的生產系統,這包含很多連續的工藝階段。就純棉服裝的生產系統來說,其包含棉花生長→收獲→軋花→梳理→編織為織物→織物前處理→染色或印花→后整理→裁制成服裝等一系列工藝流程,其中還包括各階段的包裝→倉儲→物流。實際上,一個生產系統中有很多次原料輸入或半成品輸出,由很多如上述單線式工藝組成。為了更形象地研究產品水足跡,必須將整個生產系統簡化成有限數量的連續工藝步驟,即生產系統的圖示化。
產品水足跡的計算方法有連鎖求和法和步進式累積法,計算結果相同[23]。
4.3.1 連鎖求和法
這種方法相對于步進式累積法更為方便簡單,但只適用于生產系統只有一個產品輸出的情況。在這一簡單生產系統中,產品的水足跡(體積/質量)等于所有相關工藝的水足跡之和與該產品產量的比值。例如織物染整前處理的水足跡計算需要將退漿、煮練、漂白和絲光等工藝水足跡之和除以處理后的織物產量,再加上原坯布的水足跡。傳統的前處理是在高溫下的高濃度燒堿中煮練,煮練結束后,需要用大量水洗除殘留的燒堿和純棉坯布上的伴生物。如今的前處理已改為生物酶處理法,不但節能,還能節水;漂白從添加穩定劑到添加活化劑,又可以節能節水;而絲光也從高濃度燒堿處理發展到液氨整理,整個水足跡核算結果大相徑庭。
這種單一產品(前處理織物)的輸出系統很少存在,因而有必要設計更加通用的計算方法,以保證能夠無重復地將整個生產系統所需用水計算到各個輸出產品中。
4.3.2 步進式累積法
步進式累積法是計算產品水足跡的通用方法,基于經過各工序的最終產品所需輸入產品的水足跡。假設有許多輸入產品而只有單個輸出產品,則輸出產品的水足跡為輸入產品水足跡之和再加上工藝水足跡;另一種情況是單個輸入產品和許多輸出產品,則需要將輸入產品的水足跡按照一定比例分配到各個輸出產品中去。這種方法用于染色、印花和后整理工序的產品水足跡計算:將原織物、染料及印花顏料、印花及染色用助劑(如分散劑、潤濕劑、印花漿料、黏合劑和功能性整理劑等)輸入產品的水足跡之和,再加上染色、印花工藝的水足跡,即可得到染色織物和印花織物的水足跡。將傳統的高浴比(1∶10 已淘汰)間歇式染色與超小浴比染色、傳統網印印花與數碼印花進行比較,兩者的水足跡又相去甚遠。