基于生產周期的包裝印刷品碳足跡測算方法研究

肖穎，金琳，劉駿，劉蘇瑞

綠色包裝與循環經濟

基于生產周期的包裝印刷品碳足跡測算方法研究

肖穎，金琳，劉駿，劉蘇瑞

（上海出版印刷高等專科學校，上海 200093）

對包裝印刷品的生產周期碳足跡核算流程、核算方法、數據收集等方面進行探討，歸納出包裝印刷品生產周期碳足跡測算中存在的問題，并提出解決測量問題和降低生產周期碳足跡的可行策略和建議，為國內外包裝印刷企業產品碳足跡測算和“碳中和”提供參考。結合包裝印刷企業實際生產數據和印刷品碳足跡國際核算標準，以化妝品包裝盒為例進行碳足跡現場測算研究。從工藝角度看，包裝印刷品生產周期碳足跡絕大部分來源于造紙、印刷、覆膜生產過程，其次是糊盒、上光等印后加工過程，從原輔材料和能源角度看，碳足跡絕大部分來源于紙張、電力、膠水。對生產設備進行節能降耗、選擇低碳原輔材料代替高碳原輔材料和創新產品結構設計將是降低包裝印刷品生產周期碳足跡的有效措施。

包裝印刷品；生產周期；碳足跡；測算方法

全球氣候問題日益嚴峻，即2009年哥本哈根氣候峰會之后，為遏制氣候變暖的趨勢，減少碳排放已成為全世界共同的目標。2020年第七十五屆聯合國大會上，我國向世界鄭重承諾力爭2030年前實現“碳達峰”，爭取在2060年前實現碳中和[1]。2021年習近平總書記在領導人氣候峰會上也指出實現“碳達峰”和“碳中和”是基于推動構建人類命運共同體的責任擔當和實現可持續發展的內在要求做出的重大戰略決策。

實現“碳達峰、碳中和”目標，需要能源、工業、交通、建筑等各行各業進行系統研究。從全球來看，工業碳排放是全球碳排放最重要的組成部分之一，印刷產業作為國民經濟的重要產業，在實現“碳達峰、碳中和”目標的道路上也進行了積極探索和行動[2]。

實現“碳達峰、碳中和”目標的前提條件是要具有碳排放相關的測試方法和標準。印刷行業碳足跡主要涉及到企業碳足跡和產品碳足跡2個層面，2013年7月，ISO國際標準化組織頒布了印刷產品碳足跡量化與通報的標準——ISO 16759印刷媒體產品碳足跡量化與通報[3]。該標準是在PAS 2050和ISO l4067:2018等現有規則基礎上制定的，規范了用于印刷出版工業的碳足跡計算器的構成和對印刷產品碳排放的計算方法[4]。印刷產品種類較多，ISO 16759規范的印刷媒體產品碳足跡計算方法過于寬泛，在印刷出版物上的碳排放核算應用較多，在包裝印刷產品上的碳排放核算應用還缺乏數據。

文中主要依據ISO 16759和DB31/T 1071—2017等標準對包裝印刷品碳足跡進行測量和核算，總結歸納出包裝印刷品從原材料到生產周期過程的碳足跡測算流程，挖掘碳足跡測算過程中存在的問題及相應的解決策略。旨在給國內外相關企業提供包裝印刷產品的碳足跡測算提供參考，助力我國印刷包裝企業早日實現“碳達峰、碳中和”目標。

1 包裝印刷品生產周期碳足跡核算流程及方法

印刷品碳足跡是基于生命周期評價（LCA）的理論，是研究從原材料生產、運輸到印刷品加工，印刷成品運輸、回收再生等各階段溫室氣體排放量的核算。考慮到印刷品從交付客戶后到使用者手中具有許多不確定性，使用后如何處理較為復雜且難以統計，故只統計印刷品生產加工和企業運輸過程中消耗原材料和能源產生的碳足跡，這也是目前印刷包裝企業迫切需要降低碳排放的關鍵之處。在ISO 16759和DB31/T 1071—2017標準的基礎上，總結歸納出包裝印刷品生產周期碳足跡的核算流程見圖1[5-6]。

1.1 確定碳足跡核算目標及對象

通常核算碳足跡的目標是減少溫室氣體排放，但針對產品的碳足跡核算不僅限于減少溫室氣體排放，還可利用碳足跡數據進行產品宣傳。例如，可以根據生產過程各環節的碳排放數據改良生產工藝，也可利用某類型產品的碳足跡優勢進行產品宣傳，提升企業競爭力。在選擇核算對象時，要盡可能地考慮后期數據采集的可實施性；在核算產品碳足跡之前，需要先明確核算碳足跡的對象和目標，才能便于后期進行功能單位、生產周期流程、氣體排放邊界等內容的確定。

1.2 確定功能單位

功能單位是印刷品計算碳足跡的參照單位，在計算碳足跡時，確定功能單位是非常重要的步驟，功能單位可以是一個產品，也可以是一定數量的產品，功能單位的選擇要為后期的數據測量和分析提供便利[7]。例如，是選擇一個印刷樣張作為功能單位，還是選擇一個單一紙盒作為功能單位，取決于實際生產和數據測量的需要。

1.3 繪制產品生產周期流程

在確定產品的功能單位后，開始對產品的生產工藝進行分析，并繪制產品生產周期流程圖。生產周期流程圖不僅包含產品的生產工藝，還應包含涉及碳足跡相關的物質流、能量流、廢物流等信息。例如在包裝印刷生產周期流程圖中除包含各生產工藝外，還因包含各工藝所需的原輔材料和產生的廢棄物等。

圖1 包裝印刷品生產周期碳足跡核算流程

1.4 繪制產品生產周期碳足跡邊界圖

生產周期溫室氣體排放邊界定義了產品在生產過程中各環節涉及到的碳足跡范圍，在確定邊界時要將產生實質性碳足跡的過程納入考慮。實質性碳足跡指超過該產品生產周期預估碳排放總量1%的任一來源的生產過程。在生產過程中，碳排放量不足碳足跡總量1%的生產環節，以及由人力提供的輸送過程可以忽略不計，不納入排放邊界圖[7]。

1.5 識別溫室氣體來源及類型

根據產品生產周期碳足跡邊界圖可以清楚列出產生碳足跡的生產活動以及原輔材料的種類。根據生產過程及原輔材料種類列出生產周期的直接、間接排放源和溫室氣體種類，例如CO2、CH4、N2O等[8]。

1.6 收集或測量生產周期相關數據

生產周期相關的數據包括原輔材料的數量、生產和運輸設備消耗的電量、生物質或化石燃料的消耗量、廢料的數量及回收率等。數據收集過程中盡量采用初級數據，初級數據是指以原始測量源為基礎，通過直接測量或計算獲得的數據。次級數據是指不以原始測量源為基礎，通過間接測量或計算得到的數據，一般只有在無法正常獲取初級數據的情況下才采用次級數據[9]。

1.7 收集原輔材料的碳排放因子

目前常見的碳排放因子的收集方式有3種，第1種為印刷企業直接提供，第2種為聯系原材料廠家詢問相關耗材的碳排放因子，第3種為查詢國內外文獻尋找同類原材料的碳排放因子進行替代。因包裝印刷過程使用的耗材種類較多，故采用3種方式相結合來收集碳排放因子。

1.8 計算產品生產周期碳足跡

由核算標準可知，目前常用的碳足跡核算方法有計算法和實測法。實測法是在工廠排氣通道上安裝監測儀器或設備[6]，測量排放到大氣中的溫室氣體量，適用于企業的碳足跡測量，不適合于產品的碳足跡測量[10]。產品的碳足跡測量一般采用計算法，計算法可分為排放因子法和物料平衡法，下面對這兩者方法進行簡要介紹。

1）排放因子法。采用排放因子法計算時，溫室氣體排放量為活動數據與溫室氣體排放因子的乘積，見式（1）。

GHG=××(1)

式中：GHG為溫室氣體排放量，tCO2e；為溫室氣體活動數據，單位為kg或L；為溫室氣體排放因子，kgCO2/kg或kgCO2/L；為全球變暖潛勢。

注：在計算燃料燃燒排放二氧化碳時，排放因子也可為含碳量、碳氧化率及二氧化碳折算系數（44/12）的乘積。

2）物料平衡法。使用物料平衡法計算時，根據質量守恒定律，用輸入物料中的含碳量減去輸出物料中的含碳量進行平衡計算得到二氧化碳排放量，見式（2）。

GHG=[?(I×I)??(0×0)]××(2)

式中：GHG為溫室氣體排放量，tCO2e；；I為輸入物料的量；0為輸出物料的量；I為輸入物料的含碳量；0為輸出物料的含碳量；為碳質量轉化為溫室氣體質量的轉換系數；為全球變暖潛勢。

1.9 碳足跡不確定性分析

不確定性分析指對生產周期溫室氣體邊界查找的準確性，數據的來源、數據測量的準確性，以及可能造成測算結果不準確的其他不確定因素進行分析，對最終產品碳足跡的結果進行評判，確保結果可靠且有效。

1.10 降低產品碳足跡解決策略分析

分析產品生產周期各環節的碳足跡數據，找出碳足跡的主要來源，根據生產工藝和原輔材料使用情況，進行工藝改進，優化高碳工藝環節，查找低碳原輔材料解決方案，降低產品生產周期的碳足跡。

2 包裝印刷品生產周期碳排放計算案例

2.1 確定目標及對象

通過測量包裝印刷產品在生產周期的碳足跡情況，為印刷企業后期進行“碳中和”生產工藝革新提供理論參考。以上海某大型包裝印刷企業生產的化妝品包裝盒為例，進行碳足跡測算。該產品采用的工序基本覆蓋常見的印前、印刷、印后加工工藝，且印量大，統計數據較為準確，可作為其他包裝印刷品進行碳足跡測算的樣板。

2.2 確定功能單位

該案例使用的產品為化妝品包裝盒，印刷數量為18萬個，成品外觀尺寸為21.5 mm×21.5 mm×105.5 mm，拼版尺寸為380 mm×530 mm，紙板類型為235 g白色銅版紙，印刷顏色為黑色和專色，采用的印后加工工序有局部上光、覆膜、絲印、模切、撕邊、品檢、糊盒等，產品到企業客戶運輸距離為150 km，以單個化妝品包裝盒為功能單位，測試該包裝盒生產周期中的碳足跡。

2.3 繪制產品生產周期流程

根據包裝盒的工藝分析單及印刷、印后生產流程，繪制出該產品生產周期流程，見圖2。流程中箭頭方向代表產品加工的先后順序，流程圖主要由原輔材料流、生產工藝流、廢物流三大部分構成。

2.4 繪制產品生產周期碳足跡邊界圖

在包裝盒生產周期流程圖的基礎上結合生產車間實際情況分析各工藝的碳足跡，并繪制產品生產周期碳足跡邊界圖，見圖3。由圖3可以看出，包裝印刷品生產周期的碳足跡主要來源于各生產設備的電能，以及紙張、版材、油墨、膠水、光油、塑料膜等原輔材料。

2.5 識別溫室氣體來源及類型

根據產品生產周期碳足跡邊界圖，從直接排放、能源間接排放、其他間接排放等3個方面列出產品生產過程中涉及碳足跡的工藝設備、原輔材料、排放源和溫室氣體種類，見表1。

2.6 數據采集和碳排放因子收集

根據印前、印刷、印后過程溫室氣體來源及種類表和生產周期碳足跡邊界圖，對包裝印刷生產周期中的碳足跡數據分工藝進行測量。采用文獻查找或物料廠家咨詢的方式收集不同印刷物料的碳排放因子，對不清楚排放因子的原輔材料，可通過分析主要成分的含碳量，通過計算方法獲得，該化妝品包裝盒測量和收集數據見表2。

圖2 產品印刷生產周期流程

圖3 包裝印刷產品生產周期碳足跡邊界圖

表1 印前、印刷、印后溫室氣體種類及來源

注：因產品的固廢、液廢無法與其他產品分開計量，故回收節約的CO2未計入本次核算，因本測試樣例在生產過程中不涉及直接使用化石燃料消耗，故在統計碳足跡過程中，只測算CO2的量。

表2 碳足跡采集過程數據和排放因子

注：絲印版和模切版為外協加工，其碳足跡數據難以統計，且其消耗量小，還可重復使用，對總的碳足跡影響較小，故未計入本次核算。

2.7 碳足跡計算

在碳足跡數據采集和排放因子表的基礎上，使用排放因子法和物料平衡法對產品生產周期中的碳足跡進行計算，得到產品生產周期各工藝及原輔材料碳排放當量見表3。

表3 產品生產周期各工藝及原輔材料碳排放當量

2.8 數據分析

通過對數據結果進行分析，可知本批次包裝盒共生產合格品共184 400只，產生的二氧化碳當量為1 457.1 kgCO2e，單個包裝盒產生的二氧化碳當量為7.9 gCO2e。將生產過程產生的二氧化碳當量按生產工藝劃分，可以得到各工藝碳足跡數據見表4。

表4 化妝品包裝盒不同工藝碳足跡當量數據

表4中造紙產生的二氧化碳當量為廢紙回收后的碳足跡，由表4數據可知，產品二氧化碳當量較多的依次是覆膜過程、造紙過程、印刷+上光過程、糊盒過程。該批次產品生產過程中覆膜工藝產生的碳足跡為383.74 kgCO2，印刷加上光工藝總共產生的碳足跡為233.33 kgCO2，由此可見覆膜過程產生的碳足跡要遠大于上光過程。

將生產過程產生的二氧化碳當量按原輔材料和能源劃分，可以得到各工藝碳足跡數據見表5。

表5 化妝品包裝盒耗材和能源溫室氣體排放當量數據

由表5數據可知，產品溫室氣體排放當量比較多的依次是用電、紙張、膠水、薄膜等，其中膠水產生的溫室氣體排放當量與用電產生的溫室氣體排放當量相接近，單個印刷品油墨使用產生的二氧化碳排放相對較小。

3 存在問題及建議

包裝印刷品相較于書刊類其他印刷品，印后加工工藝種類繁多，涉及到的原輔材料種類也多，因此在數據測量和收集階段具有較大的難度，同時也會增加測量成本，不利于項目的實施，特別是對一些用量較小的耗材，測量難度更大[14]。例如，在印刷過程中，墨斗槽和墨路中通常會殘留一部分油墨，這部分油墨就難以測量；在印后加工過程中，部分工序可能需要外協加工，外協加工部分的碳足跡測量需要對方企業的高度配合，否則難以準確統計；此外在印刷過程中會用到潤版液、清洗劑等耗材，這些耗材在單批次產品中使用量極小，測量難度和測量成本較大。

在碳排放因子收集方面，目前市場上的原輔材料種類繁多，且各有一定的差異性，具體型號的原輔材料的碳排放因子數據比較缺失[15]。例如在選擇紙張碳排放因子過程中，因紙張的類型及厚度不同，造紙過程中使用的紙漿含量和工藝也不近相同，因此對某一特定紙張的碳排放因子難以確定，而且造紙企業也不能對不同類型的紙張的碳排放因子提供數據。此外油墨、光油、薄膜等原輔材料都存在類似問題。

針對上述問題可以采用以下解決方案。在數據收集過程中，墨斗槽及墨路中的殘余墨量的測量采用在墨槽邊緣畫刻度線記錄，清洗完成后，重新加墨到刻度線處，并稱重計量的手段。對一些無法安裝便攜式電能表進行監測的設備，可以采用額定功率和機器正常工作時間進行相乘的方式進行推算；對一些消耗量小、測量難度很大的原輔材料，其在整個產品碳足跡中占比小于1%，可以忽略不計。在選擇碳排放因子的時候，可采用通用型號材料的碳排放因子來代替某一具體型號材料的碳排放因子。

4 結語

由上述數據分析可知，單個包裝盒生產及企業運輸過程產生的碳足跡為6.429 gCO2。從工藝角度來看，覆膜工藝、造紙工藝、印刷+上光工藝和糊盒工藝產生的碳足跡量較大，其碳足跡分別占產品生產周期碳足跡總量的32.4%、27.4%、19.7%、10.9%；從原輔材料和能源角度來看，用電、紙張、膠水產生的碳足跡量較大，其碳足跡分別占產品生產周期碳足跡總量的36%、28%、25%。此外影響印刷工藝過程碳足跡最大的因素是機器運轉消耗的電量，影響覆膜工藝碳足跡最大的因素是膠水和薄膜，影響糊盒工藝碳足跡最大的因素是膠水，因此為進一步降低包裝印刷產品生產周期的碳足跡，可以嘗試從以下幾個方面進行改進。

1）對生產設備進行節能改造，降低生產過程中的電能消耗。

2）生產過程中盡量減少薄膜和膠水的使用量，盡可能地使用上光工藝來代替覆膜工藝，減少碳排放量。

3）優化包裝印刷品盒型結構設計，減少紙張的使用量，優化生產工藝過程，減少紙張的浪費。

4）創新盒型結構，減少糊盒工藝中需要刷膠的位置和面積，分析刷膠位置和刷膠厚度對糊盒牢度的影響，減少膠水的使用，減少碳排放量。

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Carbon Footprint Measurement Method of Packaging and Printing Products Based on Production Cycle

XIAO Ying, JIN Lin, LIU Jun, LIU Su-rui

(Shanghai Publishing and Printing College, Shanghai 200093, China)

The work aims to discuss the carbon footprint accounting process, accounting methods, data collection and other aspects of the production cycle of packaging and printing products, summarize the problems in the carbon footprint calculation of the packaging and printing production cycle, and put forward feasible strategies and suggestions to reduce the carbon footprint of the production cycle, so as to provide reference for product carbon footprint calculation and "carbon neutrality" of packaging and printing companies at home and abroad. On the basis of the actual production data of packaging and printing enterprises and the international accounting standards for carbon footprint of printing products, the carbon footprint calculation of the packaging and printing production cycle was researched with cosmetic packaging boxes as an example. From a technological perspective, most of the carbon footprint in the production cycle of packaging and printing products came from the processes of papermaking, printing, and laminating, followed by post-printing processes such as gluing and varnishing. From the perspective of raw and auxiliary materials, most of the carbon footprint came from paper, electricity, and glue. Energy saving, consumption reduction of production equipment, selection of low-carbon raw and auxiliary materials instead of high-carbon raw and auxiliary materials, and innovative design of product structure are effective measures to reduce the carbon footprint of packaging and printing production cycle.

packaging and printing product; production cycle; carbon footprint; measurement method

TS807

A

1001-3563(2023)01-0265-07

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.01.030

2022?05?03

國家新聞出版署“智能與綠色柔版印刷重點實驗室”招標課題（ZBKT202204，ZBKT202001）

肖穎（1973—），女，碩士，副教授，主要研究方向為印刷工藝，職業教育。

責任編輯：曾鈺嬋