雙碳目標下紡織產業的綠色創新與發展

杜歡政， 劉建成， 陸 莎

1. 聯合國環境規劃署-同濟大學 環境與可持續發展學院， 上海 200092； 2. 同濟大學 馬克思主義學院， 上海 200092； 3.同濟大學 環境科學與工程學院， 上海 200092)

隨著全球人口的增長與消費水平的提升，尤其是快時尚品牌風靡一時的商業模式，導致近20年來全球服裝消費量增加了400%[1]。服裝消費量的巨幅增長，帶動了紡織產業的蓬勃發展,但傳統紡織產業作為高耗能、高排放產業，在快速發展的過程中極大地增加了原材料的消耗量、能源的使用量以及產品消費后的廢棄量[2]。隨著紡織品需求量的進一步擴張，傳統紡織業在環境與資源方面將面臨更大的挑戰。紡織行業已成為僅次于石油行業的全球第二大污染行業，每生產1 t紡織品就會排放17 t溫室氣體，遠高于塑料3.5 t和紙張不足1 t的碳排放[3]。從紡織品生產的全生命周期來看，該行業每年的碳足跡為33億t[4]。根據預測到2050年，整個時裝產業將要消耗全球超過30%的碳預算[5]。

造成紡織行業碳排放量長期居高不下的原因主要包括以下方面。1)紡織原料以合成纖維為主，生產過程中的能源消耗大。2019年全球纖維產量達到1.11×108t[6]，其中68%以上是合成纖維，其主要來源是煤、石油等不可再生資源，在開采與制造過程中會產生大量的碳排放。目前全球每年用于生產合成纖維的石油為9 800萬t[3]。2)傳統紡織服裝業生產流程長，各環節對煤炭、電力等直接能源資源的依賴性高。以中國為例，2019年紡織業能耗總量為7.398×108t標準煤，根據國家發改委公布的換算標準(1 t標準煤產生2.62 t CO2)進行估算，2019年我國紡織行業CO2排放量為1.938×109t，約占全國制造業CO2排放量的2.76%[7]。3)快時尚消費觀加速了全球服裝購買量的增長，并造成大量生產、消費和廢棄的問題。全球每年消費約800億件新衣服[8]，人均纖維消費量從1950 年的3.7 kg增加到2020年的20 kg[9]，人們衣物的擁有量已經超過實際的需求。從全球來看，一件衣服的平均穿戴時間較15年前下降了36%，中國的服裝利用率下降了70%[3]。使用壽命的延長意味著碳排放量的相對減少，據統計數據顯示，服裝穿戴次數每增加一倍，碳排放量將減少44%[3]。4)回收循環再利用效果未達到預期。由于目前追溯體系不成熟、回收體系割裂、回收技術難題和政策標準缺失等原因，紡織品的回收循環利用尚未形成完整的閉環體系[10]，導致全球每年要產生約9 200萬t的紡織廢棄物，預計到2030年這一數字將會達到1.34億t[11]。中國紡織業規模已達全球的50%，化纖產量占比更是超過70%，是名副其實的紡織品生產大國和碳排放大國。在“碳達峰、碳中和”目標導向下，加大紡織行業的綠色創新將成為學術界和產業界關注的重點。

基于紡織行業碳排放的現狀和問題，本文立足國家雙碳戰略，對紡織品從纖維生產到回收再利用的全生命周期展開分析，梳理現有的綠色創新技術與對策。然后，從產業結構轉型、能源結構調整、消費理念轉變以及循環體系建構4個維度提出對應的碳減路徑與舉措，為紡織業綠色發展的重點任務規劃、關鍵技術選擇以及產業發展布局提供理論支撐和實踐參考。

1 紡織產業減碳的綠色創新研究現狀

綠色低碳發展已經成為紡織業的主旋律，近年來關于紡織業綠色發展的研究也快速增長。本文依據紡織品全生命周期的6個階段，即纖維生產、紡紗織造、染整加工、成衣制造、消費使用、回收再利用，總結了紡織業綠色創新的現狀。

1.1 纖維生產階段

紡織品的生命周期是從纖維生產開始的，纖維品類主要可分為化學纖維與天然纖維。由于傳統化學纖維的用量大，單位能耗高，普遍不可循環再生，對生態環境有較大的危害，開發綠色纖維是當前研究的重點方向。

綠色纖維具有原材料污染小、可再生重復利用、合成過程環境友好、使用后環境破壞程度低等優勢[12]。當前，研究主要著眼于生物基化學纖維、循環再利用纖維和原液著色纖維3大類。1)生物基化學纖維。此類纖維來源于大自然，生物相容性和生物降解性都較高，包括以粘膠纖維和竹漿纖維等為代表的再生纖維素纖維[13]，以牛奶蛋白纖維[14]、蠶蛹蛋白纖維[15]等為代表的生物蛋白質改性纖維，以海藻纖維、殼聚糖纖維等為代表的其他再生纖維以及以聚乳酸(PLA)纖維[16]、聚對苯二甲酸1,3-丙二醇酯(PTT)纖維[17]、生物基聚酰胺56(PA56)纖維[18-19]為代表的生物基合成纖維等。2)循環再利用纖維。將廢舊化學纖維、紡織品等經機械開松再造、熔融后重新聚合紡絲[20]或乙二醇醇解、水解[21]等方式制成纖維，這個過程可以減少原料的消耗及處理廢舊紡織品帶來的環境壓力，此類纖維中聚酯纖維的占比超90%。3)原液著色纖維。纖維在進入紡紗織造前先進行染色，在后道工序中可以省去印染環節，能有效降低生產過程的耗能與污染。目前主要應用于再生纖維素纖維、聚酯纖維、聚丙烯腈纖維[22]等。

1.2 紡紗織造階段

纖維獲取后的下一工序是紡紗織造，傳統紡紗織造環節工序繁多，需要較多設備配套。設備在使用過程中會消耗大量電能，產生較大碳排放，因此，提升用電效率、減少能源消耗的應用類技術至關重要。

現有研究從紡織設備、工藝流程、清潔技術等方面對紡紗織造階段的節能降耗進行了探索。1)紡織設備升級。一是應用集約化智能設備,例如由武漢裕大華紡織服裝集團有限公司牽頭建成并投產的全流程智能化紡紗生產線[23]，依托智能化紡紗設備優化生產流程，實現了生產能耗和碳排放的大幅降低;二是提升設備速率,一方面針對傳統環錠紡紗，可以通過減少鋼領-鋼絲圈摩擦、降低紗線捻度等方式來提升錠速，實現效率提升[24]，另一方面通過替換使用加捻速率更高的轉杯紡紗和渦流紡紗等新型紡紗技術[25]，更進一步提升紗線生產效率和能源使用效率；三是降低設備損耗,紡織設備齒輪、傳動等組件的潤滑會直接影響能源的消耗，因此,通過穩定傳動軸承可以降低能耗[26]。2)工藝流程優化。紡紗織造正朝著超短流程生產和直接省略紡紗工序的超紡技術方向發展[27]，通過縮短或消除部分生產工序實現減耗降碳。如纖維長絲直接進行氣流加捻紡紗技術，實現纖維直接到筒紗[28]；采用型膜微分割、高倍大牽伸成絲法等技術開辟短流程膜材成絲法[29]；以針織自成形織物為代表的超紡技術[30]。3)清潔生產技術使用，如在紡紗過程中采用環保漿料與無聚乙烯醇(PVA)上漿[31]、紗線低溫堿性處理技術[32]等。

1.3 染整加工階段

織造完成后進入染整加工流程，包括前處理、染色、印花及后整理等工序。這一過程同樣需要消耗大量的電、煤、天然氣等能源、燃料以及工業水，是整個紡織產業鏈中能源消耗量和碳排量最大的環節之一，因此，其工藝創新和能效提升至關重要。

近年來，國內外對紡織印染減排技術的研究主要集中在印染工藝的創新、設備能效的提升以及清潔能源使用等方面。1)印染工藝創新。目前印染技術的主要發展方向包括以超聲能量法[33]、電化學法[34]以及微波方法[35]等為代表的環保印染技術；以超臨界CO2染色[36-37]、活性染料非水介質染色[38]、經軸連續染色技術[39]為代表的少水/無水印染技術；以及包含低溫常壓沸染技術[40]、短流程煮練染洗一浴工藝[41-42]、泡沫染色技術[43]等的短流程染整工藝。在降低能源、水和化學品用量的同時，還部分提高了染色紡織品的質量。2)設備能效提升。印染過程中能源在儲存、轉換輸送和使用過程中有大量的消耗，提高印染環節能源利用效率是整個生產環節實現節能減碳的關鍵。目前應用較廣的減排技術包括提高鍋爐燃燒效率、采用循環水技術、余熱回收利用技術等。3)清潔能源使用。能源使用所生成的CO2排放量占比超過印染行業總量的70%[44]，加大清潔能源使用是較為有效的途徑，企業逐步采用太陽能、光能等清潔能源，在關鍵的熱源選擇上以天然氣等替代蒸汽等。

1.4 成衣制造階段

織物制備完畢后進入成衣制造階段，進行裁剪和縫制。這一環節多數由中小企業完成，對勞動力依賴性較高，生產效率的降低造成大量的資源浪費和能源消耗，因此，優化生產流程，推行自動化是有效方式。

為減少制造過程中的浪費，Minyoung指出通過自動縫紉機和機器人等自動化設備及生產線，最大限度地減少人為干預和制造錯誤，在提高生產力和產品質量的同時降低能耗[45]。還有學者提出可以使用精益生產工具消除服裝生產中的浪費，減少服裝生產廢料[46]。自動及智能的生產線可簡化和優化生產過程，減少生產過程中的浪費現象，實現生產效率和環境效益的雙贏。

1.5 消費使用階段

紡織品大量廢棄問題背后的深層原因是過度消費、一次性消費等不可持續消費行為。購買綠色紡織品、減少服裝消費量、重復使用紡織產品等方式能夠減少資源消耗，降低碳排放對環境的影響。

從購買角度來看：其一是鼓勵購買環保紡織品，如用環保材料制作的紡織品、天然纖維制品等，并推行綠色標識等來保障綠色消費[8]；其二是鼓勵降低服裝消費量，通過增強消費者的環境責任意識和知識[47]，推動極簡主義消費[48]等新風尚。目前上述2種手段的效果并不理想，這主要是受到消費者個人需求和價值觀的影響。學者們結合行為轉變理論(TTM)、計劃行為理論(TPB)、時間貼現理論(temporal discounting)等[49]對此進行論證，從而提出通過加強觀念教育及嚴格執法來激勵消費行為。從使用角度來看，為減少紡織品特別是服裝的消費，延長服裝等紡織品的使用壽命，協作消費這一商業模式不斷得到創新發展，延伸出捐贈、分享、交換、租賃以及二手交易等形式[50]。協作消費模式近年來在國內也逐漸興起，共享衣櫥商店、閑魚、飛螞蟻、斑鳩等一批二手平臺逐漸涌現[51]。

1.6 回收再利用階段

與焚燒、填埋等末端處置方式相比，循環利用能有效減少碳足跡。廢舊紡織品作為一種有價值的循環性資源，逐漸受到學術界和產業界的關注。目前關于廢舊紡織品回收與再生技術的研究較為豐富，涉及蠶絲[52]、棉、聚酯纖維[22]等多品類廢舊紡織品，涵蓋廢舊紡織品分揀、脫色、機械法、物理法、化學法回收[23]等全過程的技術研究，但對于廢舊紡織品回收體系構建的研究尚未成體系。目前，初步探索的有生活源廢舊紡織品高值化回收再利用體系研究[13]，區塊鏈技術應用于廢舊紡織品回收新模式構建研究[53]等。

2 基于4R準則的綠色創新減碳路徑

為進一步探索紡織產業全生命周期低碳發展路徑，提出“提升一批(raise)”“替代一批(replace)”“更新一批(renew)”“規范一批(regulate)”的4R準則，從紡織產業升級轉型、清潔能源占比提高，綠色消費理念方式轉換，以及循環再利用體系的建設4個方面規劃綠色創新的具體路徑，如圖1所示。

圖1 基于4R準則的紡織產業綠色創新路徑

2.1 提升——落后紡織產業轉型升級

在石化原料日益緊張和傳統紡織業減碳任務加重的雙重壓力下，需要在供給側進一步淘汰落后產能，淘汰高污染、高環境風險的紡織類產品，優化產業結構。傳統合成化學纖維對煤、石油等不可再生化石資源的依賴度較高，生產過程中碳排放量大，且不易降解，存在巨大環境風險，因此，避免傳統化纖產業的重復擴張，通過纖維材料的創新從根源上提升紡織產業是關鍵突破口。

生物基纖維利用動物、植物、微生物及其副產物加工制成。生物基紡織品一方面具有良好的生物降解性和生物相容性，能夠在自然環境、堆肥環境或生物體內發生降解；另一方面，生物基纖維的原料所含碳來源于生物質，廢棄后無論經填埋或焚燒，從全生命周期角度而言較少或不會產生額外碳排放，能實現整體碳減排或無新增碳排放。我國生物質原料資源的儲量豐富，其中農林副產物資源量約有30億t，海洋生物質資源約有20億t，動植物蛋白類纖維資源量約有300億t，能夠為生物基化學纖維的開發提供穩定來源。

我國生物基纖維產業發展迅速，產品包羅萬象，應用領域不斷拓展，包括醫療衛生紡織品[54]、保健紡織品[55]以及多功能紡織品[56]等，但在規模化、市場化的進程中還需持續提速。一是因為生物基纖維研發的技術難度大，投入高，成本居高不下。應持續以市場為導向推動核心技術的攻關創新，加快相關技術的落地轉化。二是因為我國生物基紡織品產業起步相對較晚，與生物基纖維匹配的專用生產鏈尚未建立健全，常規技術的套用降低了生物基紡織品的性價比，因此，需要加快生物基紡織產業全鏈條的系統優化與升級，通過技術、工藝、設備等多方協同壯大相關產業。三是生物基紡織品生產和檢測等標準的缺失，導致市場上的生物基紡織品質量參差不齊。為推動生物基纖維產業的規模化、市場化，需要推進配套生產標準、檢測標準等的同步建立。

2.2 替代——紡織業清潔能源占比提高

以生物質為代表的清潔能源蘊含極大的減碳潛力，是替代傳統化石能源的優選方法。紡織工業從原料獲取到回收利用的全生命周期鏈條長，加工工序繁多，特別是紡紗織造、染整加工等階段能耗量大，CO2排放量高。調整和優化能源消費結構是紡織業綠色轉型的必要手段。

生物質能源是可再生能源的重要組成部分，是通過自然生態系統所產生和積累的有機物質經復合而成的能源[57]。生物質廢棄物能源化利用是我國重點發展推廣的循環經濟產業，在紡織業應用生物質能源的前景十分廣闊。一是因為與石油等化石燃料相比，生物質原料燃燒產生的碳排放量更少，預計到2030年我國利用生物質能源將減碳超9億t[58]。二是因為我國生物質資源總量龐大，每年可作為能源利用的生物質資源總量相當于4.6億t標準煤[57]，約占我國2020年能源消費總量的十分之一。三是同太陽能、風能、水能等可再生能源相比，生物質燃料在獲取時受到地區、季節、氣候等自然制約相對較少[59]，應用范圍相對更廣且具有較高的穩定性。

生物質能源的應用在紡織行業發展緩慢，尚未大規模普及。一方面，生物質廢棄物的收儲運體系尚未建立和完善。規模化生物質燃料的處理需要在多區域協同、物流管理以及處置技術等多方面進行創新。如開發生物質廢棄物回收信息平臺，搭建智慧化回收網絡，建立生物質廢棄物前處理系統等。另一方面，生物質能源化技術還有待進一步加強。我國目前的生物質資源利用率不足6%[60]。除上述提到的前端回收問題，還存在生物質廢棄物性能差異大、利用方式單一、熱電氣聯供效率低、經濟效益不高等難題，亟需開發全品類生物質廢棄物高效能源轉化與多耦合熱電氣聯供技術、副產物高值化利用技術等。總體來說，紡織行業能源結構的調整，不僅需要進行裝備的升級或完全替代，還伴隨著整個生物質能源供應鏈的搭建和改革，才能實現紡織產業的節能減排目標。

2.3 更新——紡織品綠色消費理念轉換

消費領域對紡織業碳排放的影響日益顯著，更新綠色消費形式是推動紡織業綠色低碳轉型的重要抓手。現階段我國紡織品尤其是服裝過度消費、使用率低下、產品本身不低碳以及消費觀念落后等問題仍有不同程度存在[61]，因此，需要從以下幾個方面來加強引導和約束。

1)減少總體消費量，推行以租代買、虛擬購物等新型購買方式。如以租代買依托共享經濟的商業模式，提高了紡織品在使用周期內的流通率，減少總體購買量。虛擬購物利用虛擬現實(VR)交互等技術，既滿足了消費者的購物欲和網絡社交需求，又減少了紡織品的實體消費量。

2)加大低碳產品和服務供給，促進綠色購買行為轉化[62]。隨著綠色消費理念的宣傳和普及，消費者對于低碳環保產品的接受度不斷提高，這也為生物基纖維制品、循環再生纖維制品等新型綠色紡織品的開發和推廣提供了有利的條件。未來要進一步擴大綠色紡織品的有效供給，提高綠色紡織品的辨識度。同時，推動綠色消費行為與碳普惠等體系掛鉤，給與個人減排價值更為正向直接的反饋。

3)提高紡織品利用率，通過減少廢棄、延長紡織品使用壽命來減少末端處置量。紡織品在消費使用環節結束后可以通過再使用和再回收2種途徑延長生命周期。從再使用的角度來看，二手市場將發揮重要作用[63]。二手交易行為幫助消費者節約開支的同時提高了閑置紡織品利用率，直接減少了資源浪費和碳排放。從再回收的角度來看，消費者的正確投放行為可直接提升廢舊紡織品循環利用的比例，并降低再制造成本，因此，要在全社會加大廢舊紡織品的分類投放，線上線下回收并行，實現規范化的應收盡收。

2.4 規范——紡織業循環體系構建

廢舊紡織品的循環再造可以縮短生產流程，減少原材料、水、能源、化學品等消耗。時尚產業對綠色、循環、可持續等議題的關注，將會進一步拉動再生原材料需求量的增長。構建以循環經濟理念為指導，以實現全社會廢舊紡織品高效、高值、循環利用為目標的廢舊紡織品綜合利用體系成為現實需要。

首先，構建紡織品消費后閉路循環，重點建設生活源廢舊紡織品回收體系。根據估算，我國每年產生的廢舊紡織品在2 000萬t以上，其中消費前工業加工過程中的邊角料等基本得到了再生利用，但閑散在居民手中的廢舊紡織品，再生利用率僅有約15%[64]。高效分揀是廢舊紡織品再使用和回收再利用的前提：一方面，政府要繼續鞏固生活垃圾分類成效，積極投放廢舊紡織品回收箱，從源頭推動廢舊紡織品的分類回收；另一方面，要推進生產者責任延伸制度(EPR)的建設，督促紡織生產企業主動承擔社會責任，對產品的整個生命周期特別是出售后的回收與最終處理負責。

其次，加快紡織產業園區建設，推動紡織生產的流程協同和產業集聚。通過園區集中式的管理：一方面有助于實現上下游企業的生產協同，構筑產業的閉環體系；另一方面同質企業的整合集聚，能夠實現能源消耗、碳排放、廢棄物管理等統一監管，加快行業規范化、規模化和清潔化水平的提升。

最后，要建立和完善廢舊紡織品再生原料的追溯和認證體系，規范行業發展。目前，紡織品再生原料認證標準和檢測體系缺失和缺位，再生紡織品的安全性和真實性難以得到保障，降低了再生紡織品的市場認可度。應提高綠色低碳紡織品的識別度和占有率，加快推動綠色低碳產品認證制度建設，構建廢舊紡織品追溯體系，以更便捷、更透明的方式讓消費者準確、快速、直觀地識別綠色低碳紡織品及產生的環境影響。

2.5 減碳——全流程碳減排潛力估算

紡織產業的降碳舉措多樣，碳減排潛力巨大，但目前仍存在廢舊紡織品產量底數不清，碳減排核算方法未成熟等問題，全流程的碳減排數據未能被精準統計。通過上述環節的綠色創新手段，可大致估算出各環節的減碳比例，為完善減碳體系提供一定的定量參考。假設在產業升級環節中，使用生物基纖維替代傳統材料，參照生產1 kg生物基聚酰胺56碳排放量相比生產1 kg 聚酰胺66 (傳統纖維)減少了4.31 kg[65]，那么可減碳49.6%。在能源替代環節中，如果以木質顆粒替代煤炭用于供電，木質顆粒生命周期排放量(538.477 g CO2e)遠小于煤炭(1 062.145 g CO2e)[66]，可減碳49.3%。假使木質材料的碳中性特征被納入考量，這一比例還將大幅提升。在消費理念轉變環節中，假設服裝的穿戴次數普遍增加一倍，碳排放量將減少44%[3]。在循環體系構建環節中，相比將廢舊紡織品混入生活垃圾中焚燒排放的CO2量(342.97 kg)，每單獨回收利用1 t廢舊紡織品，CO2排放當量為221.31 kg[67]，即減碳約為35%。綜合以上各環節的減碳效率，預計紡織行業的全流程碳減排潛力可達50%。

2.6 零碳——開拓凈零排放管理模式

通過產業升級、能源替代、綠色消費理念轉變、循環體系構建等多元化減碳方式助力碳達峰以外，要進一步實現完全脫碳，達成碳中和，需要前瞻性地探索碳移除手段。研發與現有工藝流程相匹配的碳捕集、利用和封存技術(CCUS)，推動凈零乃至負排放技術的發展；推動紡織行業在碳交易市場的發展，完善核證減排制度(CCER)來健全抵消機制[68]；鼓勵紡織企業積極參與或培育碳匯項目[69]，最終達成紡織產業的碳中和目標。

3 結束語

我國紡織產業在制造、消費和再制造過程中均有較大的減排空間。在制造環節，紡織生產企業通過提升產業結構，淘汰高污染、高排放紡織品，推動以生物基纖維為代表的新型產業鏈發展，降低紡織品生產過程中的隱含碳。發展以生物質能源為代表的清潔能源，逐步替代化石能源。在消費環節，倡導以租代買、虛擬購物等新型消費模式，減少過度消費和一次性消費，規范二手市場交易，延長紡織品使用壽命。在回收再利用環節，構建消費后廢舊紡織品的閉路循環體系，完善再生纖維追溯和認證，推動產業園區集聚發展。

切實推進紡織產業減碳降碳，實現紡織業高質量綠色發展，需要政策、技術、商業模式相結合的多方支持。在政策法規層面，既要充分激發紡織企業內生減碳動力，也要通過外部約束控制紡織企業的碳排放。這不僅需要價格調控、補貼等政策，更關鍵的是對紡織企業減碳降碳的相關技術標準和責任認領等規定中，將界限模糊的部分盡快進行補充明晰和規范表述，加強紡織企業的碳績效量化考核。在技術層面，要著重突破新型紡織材料開發、紡織設備基礎部件制造等核心技術，持續加大紡織業綠色低碳技術研發的投入，鼓勵產學研深度合作，推進綠色紡織技術的應用與推廣。商業模式層面，需要不斷探索廢舊紡織纖維高值化利用的商業模式，打通和延長紡織產業鏈條，通過綠色金融手段將資本引入紡織技術研發、設備升級、廢舊紡織品回收類項目等領域，為企業綠色低碳轉型提供資金支持。