基于生命周期的四川省鋼鐵產(chǎn)品碳足跡核算研究

摘要：開展鋼鐵產(chǎn)品碳足跡研究，探討現(xiàn)階段面臨的技術(shù)問題，分析鋼鐵企業(yè)碳減排潛力，推動(dòng)產(chǎn)品全流程降碳，為鋼鐵產(chǎn)品出口和提升國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提供技術(shù)支持。文章選取四川省1000 kg粗鋼為功能單元，確定從“搖籃”到“大門”的核算邊界，選取四川省典型鋼鐵企業(yè)開展碳足跡核算，提出四川省鋼鐵產(chǎn)品碳足跡核算的政策建議：即建立四川省鋼鐵產(chǎn)品碳足跡基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集及核算模型；研究制定鋼鐵行業(yè)碳排放核算方法及產(chǎn)品碳足跡技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；加大低碳技術(shù)研發(fā)力度，協(xié)同推動(dòng)鋼鐵行業(yè)超低排放改造和低碳生產(chǎn)；實(shí)行分類碳標(biāo)簽制度，鼓勵(lì)企業(yè)壘產(chǎn)業(yè)鏈低碳生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：生命周期；鋼鐵產(chǎn)品；碳足跡

中圖分類號(hào)：X321 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

前言

2020年9月22日，習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)上鄭重承諾，中國二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。鋼鐵是世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境責(zé)任同等重要的綠色經(jīng)濟(jì)中，鋼鐵占據(jù)著核心地位。不同于其他地區(qū)高品位鐵礦石長流程煉鐵為主的工藝，釩鈦磁鐵礦和短流程煉鋼是四川鋼鐵的兩張名片。四川是國內(nèi)釩鈦磁鐵礦資源主要分布地區(qū)，四川鋼鐵產(chǎn)業(yè)基本發(fā)展戰(zhàn)略是依托四川豐富的釩、鈦資源，做強(qiáng)特殊鋼及合金鋼產(chǎn)業(yè)。四川短流程全廢鋼冶煉的電爐鋼占比已經(jīng)達(dá)到近30%，而全國電爐鋼占比僅15%左右，領(lǐng)先全國水平。選取典型鋼鐵企業(yè)開展鋼鐵產(chǎn)品碳足跡核算是四川鋼鐵企業(yè)邁向低碳時(shí)代的“最初一公里”，削減產(chǎn)品碳足跡是四川省鋼鐵企業(yè)獲得更多下游買家和消費(fèi)者青睞以及增強(qiáng)企業(yè)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的必要手段。隨著越來越多的國際項(xiàng)目招標(biāo)文件明確將產(chǎn)品碳足跡納入必要考核指標(biāo)，提高四川省鋼鐵行業(yè)低碳競(jìng)爭(zhēng)力勢(shì)在必行。

1國內(nèi)外碳足跡研究進(jìn)展

1.1國內(nèi)外碳足跡標(biāo)準(zhǔn)

目前國際上較為常用的產(chǎn)品碳足跡標(biāo)準(zhǔn)主要包括：（1）英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)制定的PAS 2050；（2） WRI和WBCSD聯(lián)合制定的GHG Protocol；（3）國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）根據(jù)PAS 2050標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展而來IS0 14067。中國暫時(shí)沒有單獨(dú)制定碳足跡標(biāo)準(zhǔn)，也無專門的碳足跡評(píng)估機(jī)構(gòu)，僅上海市和深圳市出臺(tái)了產(chǎn)品碳足跡核算的地方標(biāo)準(zhǔn)，即上海市產(chǎn)品碳足跡核算通則（DB31/T 1071-2017）和深圳市產(chǎn)品碳足跡評(píng)價(jià)通則（SZDB/Z 166-2016）。國內(nèi)外碳足跡標(biāo)準(zhǔn)比較見表1。

1.2鋼鐵產(chǎn)品碳足跡研究進(jìn)展

對(duì)鋼鐵產(chǎn)品全生命周期的階段劃分和邊界的界定，宋曉聰?shù)妊芯苛舜咒摦a(chǎn)品的碳排放，將鋼鐵產(chǎn)品生命周期界定為從原材料開始，到鋼鐵加工生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用和廢棄處置等階段。曲余玲等指出由于鋼鐵產(chǎn)品下游用途廣泛，鋼鐵企業(yè)普遍開展“從搖籃到大門”的研究，針對(duì)特定用戶才開展“從搖籃到墳?zāi)埂钡难芯?。梁田研究了鋼鐵產(chǎn)品上游階段、運(yùn)輸階段、生產(chǎn)階段3個(gè)階段，即“從搖籃到大門”的生命周期過程。

排放因子數(shù)值的選定對(duì)碳排放核算結(jié)果影響比較大。田偉健計(jì)算長流程鋼鐵企業(yè)碳排放，鋼水、鐵水、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣排放因子采用企業(yè)實(shí)際測(cè)定數(shù)據(jù)，其余排放因子來源于《IPCC 2006國家溫室氣體清單指南》和《中國鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南（試行）》。葉蒙雙等計(jì)算鋼鐵企業(yè)碳足跡采用的直接排放因子大部分取自IPCC，間接排放因子大部分來自WSA推薦值，小部分?jǐn)?shù)值來自相關(guān)文獻(xiàn)。任佳等采用化石燃料的單位熱值含碳量和碳氧化率缺省值計(jì)算化石燃料的二氧化碳排放因子，熔劑和電力、熱力排放因子選取缺省值。

綜上，受數(shù)據(jù)獲取難度大、下游產(chǎn)品復(fù)雜等因素的影響，目前對(duì)鋼鐵行業(yè)碳排放邊界多為企業(yè)層面，側(cè)重于二氧化碳排放量的計(jì)算。探究不同方法計(jì)算鋼鐵生產(chǎn)過程碳排放，采用核算標(biāo)準(zhǔn)各有不同，系統(tǒng)邊界也存在較大差異。現(xiàn)有研究排放因子一般取自WSA、IPCC、中國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提供的缺省值和相關(guān)文獻(xiàn)，少數(shù)研究中排放因子采用企業(yè)實(shí)際檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2鋼鐵產(chǎn)品碳足跡的核算流程

通過對(duì)英國PAS2050、WRI/WBCSD的GHG Protocol Product Standard、ISO的ISO14067等碳足跡計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的異同點(diǎn)分析以及國內(nèi)發(fā)布的產(chǎn)品碳足跡計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合鋼鐵產(chǎn)品碳足跡計(jì)算相關(guān)文獻(xiàn)研究，文章提出基于PAS 2050的鋼鐵產(chǎn)品生命周期碳足跡，采用從“搖籃到大門”的邊界，以2022年1 000 kg粗鋼為功能單位，研究鋼鐵產(chǎn)品上游階段、運(yùn)輸階段、產(chǎn)品生產(chǎn)三個(gè)階段的基于CO2排放量的碳足跡。（見圖1）

2.1計(jì)算

鋼鐵產(chǎn)品碳足跡為各個(gè)環(huán)節(jié)碳足跡數(shù)據(jù)相加，公式為：

碳足跡=活動(dòng)數(shù)據(jù)×排放因子 式（1）

文章主要查詢《中國產(chǎn)品全生命周期溫室氣體排放系數(shù)集（2022）》（以下簡稱“系數(shù)集”）獲得部分排放因子，無法查詢的排放因子再通過WSA，《鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算與報(bào)告要求》（GB/T32151.5-2015）以及文獻(xiàn)查找，合理選取出一套排放因子數(shù)據(jù)。在實(shí)際調(diào)研過程中，企業(yè)有自測(cè)燃料低位發(fā)熱量數(shù)據(jù)的按企業(yè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行替換。

2.2分配

根據(jù)PAS 2050對(duì)分配的要求，文章采用擴(kuò)展產(chǎn)品系統(tǒng)以包含副產(chǎn)品附加功能的方式對(duì)副產(chǎn)品的排放量和清除量進(jìn)行分配。

3典型鋼鐵企業(yè)分析

選取企業(yè)A、B、C、D作為分析案例，從生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)規(guī)?；灸艽硭拇ㄊ′撹F生產(chǎn)水平，其中A、B為長流程煉鋼企業(yè)，C、D為短流程煉鋼企業(yè)，在以下分析中以A為例進(jìn)行詳細(xì)說明，其他過程相似，過程略。

3.1企業(yè)A碳足跡案例分析

A企業(yè)采用長流程轉(zhuǎn)爐工藝煉鋼，2022年，A企業(yè)粗鋼產(chǎn)量300萬噸以上。按工序流程分為煉焦、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼。

3.1.1原料制造

A企業(yè)使用到的原料包括煤、鐵礦石、石灰石、白云石、合金、球團(tuán)礦、壓縮空氣、氧氣、氮?dú)獾?，原料種類及數(shù)量如表2所示。在原料制造階段1 000 kg粗鋼碳足跡為0.60 kgCO2/kg。

3.1.2原料運(yùn)輸

A企業(yè)外購原料運(yùn)輸均采用公路運(yùn)輸，運(yùn)輸距離按照300 km進(jìn)行估算，原料運(yùn)輸階段1000 kg粗鋼碳足跡為0.06 kgCO2/kg。

3.1.3產(chǎn)品制造

A企業(yè)在產(chǎn)品制造階段1 000 kg粗鋼所需焦炭459.67 kg、燒結(jié)礦1070.34 kg、鐵水799.58 kg，碳足跡為1.59 kgCO2/kg，其中焦炭生產(chǎn)為0.09 kgCO2/kg，占比5.7%；燒結(jié)礦生產(chǎn)為0.38 kgCO2/kg，占比23.9%；鐵水生產(chǎn)為1.07 kgCO2/kg，占比67.3%；粗鋼生產(chǎn)為0.04 kgCO2/kg，占比3.1%。A企業(yè)1 000 kg粗鋼產(chǎn)品制造碳足跡分布圖見圖2。

3.1.4小計(jì)

A企業(yè)1 000 kg粗鋼產(chǎn)品碳足跡為2.25 kgCO2/kg，其中原料制造為0.60 kgCO2/kg．占比26.7%；原料運(yùn)輸為0.06 kgCO2/kg，占比2.7%；產(chǎn)品制造為1.59 kgCO2/kg，占比70.6%。A企業(yè)1 000 kg粗鋼產(chǎn)品碳足跡分布圖見圖3。

3.2典型案例分析

基于企業(yè)A的計(jì)算過程，依次對(duì)四川省其他3個(gè)大型鋼鐵企業(yè)（B、C、D）進(jìn)行分析，可知其單位產(chǎn)品的碳足跡。（見表3）

從長流程煉鋼企業(yè)來看，A企業(yè)1000 kg粗鋼產(chǎn)品碳足跡為2.25 tCO2/t，B企業(yè)1 000 kg粗鋼產(chǎn)品碳足跡為2.51 tCO2/t。四川省釩鈦磁鐵礦中鐵的品位低，硫含量高，焦鐵比高，導(dǎo)致了生產(chǎn)過程中SO2和CO2的排放量相比普通磁鐵礦都要高。

從短流程煉鋼企業(yè)來看，C企業(yè)1 000 kg粗鋼產(chǎn)品碳足跡為1.25 tC02/t，D企業(yè)1000 kg粗鋼產(chǎn)品碳足跡為1.10 tCO2/t。其優(yōu)勢(shì)在于一是工藝技術(shù)創(chuàng)新。調(diào)研的企業(yè)均為“十三五”期間新建企業(yè)，和傳統(tǒng)的鋼企相比，具備新的設(shè)備新的工藝。二是企業(yè)自動(dòng)化、信息化智能化程度高。企業(yè)通過智能生產(chǎn)和智能管控，實(shí)現(xiàn)核心工序精準(zhǔn)控制和精細(xì)化管理，降本增效。

4分析與討論

4.1數(shù)據(jù)來源存在一定不確定性且亟需建立地方數(shù)據(jù)庫

活動(dòng)水平數(shù)據(jù)和排放因子自身存在數(shù)據(jù)質(zhì)量的差異。文章數(shù)據(jù)不確定性主要是排放因子選取不具地域代表性和活動(dòng)數(shù)據(jù)選取不具技術(shù)代表性。如前所述，四川省鋼鐵產(chǎn)品主要依托省內(nèi)豐富的釩、鈦資源做強(qiáng)特殊鋼及合金鋼產(chǎn)業(yè)。除企業(yè)提供的碳粉、石灰、硅錳合金、增碳劑的碳含量數(shù)據(jù)外，核算中采用的排放因子多來源于《系數(shù)集》。鋼鐵產(chǎn)品工藝復(fù)雜，涉及原輔材料種類眾多，因此數(shù)據(jù)測(cè)量和收集具有較大難度，同時(shí)也會(huì)增加測(cè)量成本，不利于項(xiàng)目的實(shí)施。

亟需建立一套符合實(shí)際情況的四川省鋼鐵產(chǎn)品碳足跡基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集及核算模型。按照四川鋼鐵產(chǎn)品類別，收集、計(jì)算、整理配套排放因子基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集，建立碳足跡核算模型，包括原材料獲取、運(yùn)輸、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品分銷、產(chǎn)品使用和產(chǎn)品回收處置各階段，明確不同產(chǎn)品的系統(tǒng)邊界及計(jì)算原則，保證碳足跡計(jì)算的準(zhǔn)確性、科學(xué)性。

4.2四川省鋼鐵行業(yè)減污降碳協(xié)同推進(jìn)并且減排潛力有待進(jìn)一步挖掘

四川省鋼鐵產(chǎn)業(yè)是與眾不同的。長流程生產(chǎn)的多為國家戰(zhàn)略物資的釩鈦鋼，由于釩鈦磁鐵礦本身品位低，在鐵礦石選礦和鐵水煉鋼階段需要處理出鈦精礦以及釩渣，煉鐵工序中增加了一級(jí)提釩工藝，因此煉鐵過程中能耗水平顯著增加，導(dǎo)致釩鈦鋼鐵生產(chǎn)能耗較普通鐵礦高。短流程煉鋼以廢鋼為原料，其主要依賴企業(yè)自身到省內(nèi)或周邊省份采購，目前四川省具備資質(zhì)的報(bào)廢機(jī)動(dòng)車回收拆解企業(yè)50余家，尚未實(shí)現(xiàn)廢鋼資源上下游資源整合。同時(shí)，鋼鐵渣余熱利用、中低溫余熱利用、低碳冶金、CCUS、二次能源回收利用極致化等突破性碳減排技術(shù)與國外先進(jìn)國家相比還存在較大差距。受地理位置等因素影響，鋼鐵企業(yè)鐵精礦、廢鋼以及石灰石等原料，鋼材產(chǎn)品和鋼渣等大宗固體廢物暫未完全實(shí)現(xiàn)鐵路、管道等清潔運(yùn)輸方式改造。鋼鐵企業(yè)基本既無本企業(yè)的運(yùn)輸隊(duì)，也不具備要求運(yùn)輸公司強(qiáng)制使用新能源或國六以上車輛運(yùn)輸?shù)臈l件，且市場(chǎng)上能實(shí)現(xiàn)新能源或國六以上車輛運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸公司較少，難以滿足企業(yè)需求。

需要加強(qiáng)長流程煉鋼釩制品及鈦制品的技術(shù)研發(fā)，延長產(chǎn)業(yè)鏈，增加產(chǎn)業(yè)附加值，提高產(chǎn)品壽命，實(shí)現(xiàn)碳抵扣。加強(qiáng)短流程煉鋼低碳技術(shù)創(chuàng)新，樹立行業(yè)標(biāo)桿，提高電爐煉鋼企業(yè)自動(dòng)化和智能化水平，充分發(fā)揮低碳優(yōu)勢(shì)，助力鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型和大幅降碳。實(shí)施超低排放改造存在增加能耗和成本的風(fēng)險(xiǎn)，特別是治理設(shè)施電耗、運(yùn)行成本的增加，減污降碳、協(xié)同增效存在難度。在推動(dòng)企業(yè)超低排放改造的同時(shí)，開展碳足跡核算，尋找最優(yōu)的改造方式及路徑，有效控制企業(yè)成本，實(shí)現(xiàn)低碳生產(chǎn)。

4.3釩鈦鋼鐵行業(yè)優(yōu)勢(shì)突出且亟待從產(chǎn)品全生命周期碳足跡提供政策支持

四川釩鈦鋼鐵產(chǎn)業(yè)主要產(chǎn)品有釩鐵合金、釩氮合金、釩鋁合金，目前還在開展電解液等高附加值產(chǎn)品的研發(fā)，而粗鋼等傳統(tǒng)鋼鐵產(chǎn)品僅為釩鈦鋼鐵產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)品。采用傳統(tǒng)鋼鐵產(chǎn)品碳足跡方法核算未能體現(xiàn)釩鈦產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，還應(yīng)針對(duì)釩鈦鋼鐵副產(chǎn)物釩渣提釩開展進(jìn)一步研究，增加碳排放抵扣。釩鈦鐵精礦因含有釩、鈦元素，在鋼中加入不到0.1%的釩可提高強(qiáng)度10%-20%，彈性顯著增加，韌性好，堅(jiān)硬結(jié)實(shí)，有良好的抗沖擊和抗彎曲能力，不易磨損和斷裂；在鋼鐵中加一點(diǎn)釩制成的活塞環(huán)、鑄模、軋輥和冷鍛模結(jié)實(shí)耐用，堅(jiān)硬耐磨，可以延長使用壽命。在下一階段的研究中還應(yīng)針對(duì)釩鈦鋼鐵使用壽命開展調(diào)研，進(jìn)一步增加碳抵扣。

建議從鋼鐵產(chǎn)品全生命周期資源消耗和碳足跡出發(fā)，在已有鋼鐵產(chǎn)品碳足跡標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，研究制定四川省鋼鐵行業(yè)碳排放核算方法及鋼鐵產(chǎn)品全生命周期碳足跡技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，需特別注意與國際標(biāo)準(zhǔn)間的銜接，測(cè)算數(shù)據(jù)得到國際認(rèn)可，為下一步設(shè)置碳標(biāo)簽，為提升四川省鋼鐵產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。對(duì)為低碳做出貢獻(xiàn)的企業(yè)，要給予政策支持和差別對(duì)待。鼓勵(lì)已開展產(chǎn)品碳足跡評(píng)價(jià)的企業(yè)在低碳產(chǎn)品綠色消費(fèi)平臺(tái)上公開產(chǎn)品碳足跡情況，與“碳惠天府”等碳普惠平臺(tái)和應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通，及時(shí)向公眾展示產(chǎn)品碳排放數(shù)據(jù)，鼓勵(lì)消費(fèi)者選擇使用低碳產(chǎn)品，激勵(lì)社會(huì)公眾參與減排。

5結(jié)束語

目前，四川省內(nèi)尚未建立起一套符合四川省鋼鐵行業(yè)特點(diǎn)的碳足跡核算規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)體系，各類碳足跡核算的結(jié)果尚未統(tǒng)一，也未能全面實(shí)現(xiàn)與國際碳核算接軌。文章基于四川省典型鋼鐵企業(yè)開展了初步研究，通過選取四川省典型鋼鐵企業(yè)開展粗鋼產(chǎn)品碳足跡核算，建議建立符合四川省實(shí)際的鋼鐵產(chǎn)品碳足跡基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集及核算模型；進(jìn)一步挖掘減排潛力，開展鋼鐵企業(yè)減污降碳協(xié)同推進(jìn)；制定地方鋼鐵產(chǎn)品碳足跡核算標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵(lì)企業(yè)公開碳排放情況，激勵(lì)公眾參與減排。下一步還需根據(jù)碳足跡、碳標(biāo)簽及碳稅推進(jìn)情況，不斷跟蹤完善。