基于生命周期的产品碳足迹评价与核算分析

田彬彬 徐向阳 付鸿娟 王 顺

（中国矿业大学（北京）管理学院，北京 100083）

1.引言

联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）2007 年发布的第四次评估报告指出：全球气候异常现象，90% 以上的可能性是因温室气体（Greenhouse Gas，GHG）排放所致[1]。温室气体主要包括二氧化碳（CO2） 、甲烷（CH4） 、氧化亚氮（N2O）、氢氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）、六氟化硫（SF6）、氯氟烃类化合物（CFCs）、氢代氯氟烃类化合物（HCFCs）、臭氧（O3）、水汽（H2O）等。 《京都议定书》明确规定减排的温室气体包括前六种[2]。

日本、英国、美国、中国等国家都已相继开展了碳足迹相关评价的研究[3-8]。碳足迹主要包括国家碳足迹、企业（组织）、产品和服务以及个人碳足迹四大层面。国家碳足迹是指整个国家或城市的总体物质与能源的耗用所产生的GHG 排放量。个人碳足迹是指个人日常生活中的衣、食、住、行所导致的GHG 排放量。产品碳足迹是指以产品制造、使用及废弃阶段，全生命周期过程中产生的GHG 排放量。企业（组织）碳足迹是指与产品碳足迹比较，还包括了非生产性的活动造成的。本文主要围绕产品碳足迹评价的标准和核算进行分析研究，并以河北盛华化工有限公司生产的PVC产品为例计算了PVC产品的碳足迹，以期对相关领域碳足迹的评价与核算工作提供一定的借鉴作用。

2.产品碳足迹评价标准与步骤

基于生命周期的碳排放核算标准主要面向产品或服务层面，给出了对某产品或服务在生命周期的碳排放估算方法和规则。ISO 将生命周期定义为[8]，通过确定和量化与评估对象相关的能源消耗、物质消耗和废弃物排放，来评估某一产品、过程或事件的寿命全过程，包括原材料的提取与加工、制造、运输和销售、使用、再使用、维持、循环回收，直到最终的废弃。因此各个核算标准制定的关键在于收集整理产品生命周期各个阶段的碳排放数据，并采用适当方法进行碳排放估算。

2.1 产品碳足迹评价标准

现今较为主流的核算标准有PAS 2050（2008）和ISO 14040/14044（2006）。许多跨国企业在销售产品时附在产品外包装上的产品碳足迹标签即通过这些标准计算所得。国际间主要产品碳足迹评价相关标准及执行规范如表1所示。

表1 国际间主要碳足迹评价相关标准及执行规范

碳足迹评价的产品包括商品和服务两部分。产品碳足迹涉及标准主要有PAS 2050 以及TS Q 0010，目前已有的碳足迹评价案例大部分都是采用英国（BSI）2008 年出版的PAS 2050及其指导文件为评价标准。产品碳足迹评价标准基本都以生命周期评价（Life Cycle Assesment，LCA） 为方法论，评价的是产品全生命周期的碳足迹，不仅包括产品的某个阶段，更需要追溯至原料开采、制造，及最终废弃处理阶段，均需纳入碳足迹的计算范围，要达成此目的，需应用LCA方法提升碳足迹计算的可信度与便捷性。国际标准组织ISO则于1996年起发布了ISO 14040/44 系列标准，制定LCA 应用到环境管理上的标准评价架构及步骤。

2008年10月，英国标准协会出版了PAS 2050执行规范及其指导文件，旨在对产品和服务生命周期内温室气体排放的评价要求做出明确的规定。该规范在帮助企业管理自身产品和服务的碳排放外，还希望协助企业在产品设计、生产、使用、运输等各个阶段寻找降低碳排放的机会，以达到最终生产出低碳产品的目的。这是第一部通过统一的方法评价产品生命周期内温室气体排放的规范性文件。

2009年3月，日本出台了碳足迹产品分类规则（The criteria on developing CF product category rules）可以用于所有商品和服务项目，同年4 月发布了日本国家标准TS Q 0010产品碳足迹量化和沟通基本准则。TS Q 0010 与PAS 2050 在内容和执行步骤上基本一致，TS Q 0010 比较强调依据ISO 14025 产品分类规则对产品进行分类，并对分类规则加以完善。

2.2 产品碳足迹评价基本步骤：

2.2.1 建立进程图

包括物质流、能源流和废料流，确认对所选产品生命周期有影响的材料、活动及过程。根据生命周期涵盖阶段的不同建立不同的进程图，首先应确认选定产品对象属于B2C 或B2B 。

B2C：评价内容从原材料、过程制造、分销和零售，到消费者使用，以及最终处理和再生利用的全生命周期温室气体排放评价，包含产品的整个生命周期，即“从摇篮到坟墓”。如图1所示。

图1 B2C流程

B2B：评价内容包括原材料通过生产直到产品到达一个新的组织，包括分销和运输到客户所在地，即所谓的“从摇篮到大门”。如图2所示。

图2 B2B流程

2.2.2 确定边界和优先事项

根据ISO 14025 所指定的某个相关产品类别规则，与其规定的边界系统一致；如果不适用于评价对象产品，则根据标准原则界定系统边界。

2.2.3 数据收集

收集生命周期各个阶段中活动数据和排放因子。

2.2.4 计算碳足迹

计算主要依据碳足迹计算方程，注意质量守恒，确保所有输入、输出及废弃物均已计入，没有遗漏。

2.2.5 检验不确定度

不确定性检验可由组织自行决定是否进行评价，不是必要的事项。但执行不确定性检验可以提高计算结果的准确度，了解收集数据的质量。

产品碳足迹评价流程如图3所示。

3.案例分析

文章选取河北盛华化工有限公司2009年生产的PVC产品[9]，来分析产品碳足迹核算的过程。

3.1 建立进程图

文章利用B2B的评价模式来建立盛华化工有限公司的进程图，如图4所示。

图4 进程图

3.2 确定边界和优先项

河北盛华化工有限公司确定边界为：PVC的碳足迹=原材料+能源+生产过程+包装储存+运输。购进的原材料除电石和褐煤外，其他暂不考虑碳排放，只考虑运输过程中产生的碳排放。

3.3 数据收集

计算碳足迹需要两类数据：活动水平数据和排放因子数据。活动水平数据来自现场实测；排放因子采用IPCC规定的缺失值。活动水平数据主要包括：原料煤、重油、自发和外购电力、蒸汽、液氨、液体氯化钙、一次水、脱盐水、去离子水、冷冻油、压缩空气、氮气、电石、自来水、HCl和制酸用自来水。

活动水平数据和排放因子数据如表2能源消耗活动水平、表3原料消耗活动水平、表4运输活动水平所示。

表2 能源消耗活动水平

表3 原料消耗活动水平

表4 运输活动水平

3.4 碳足迹计算

3.4.1 全球增温潜势[10]

3.4.2 电力排放因子

华北区域电网[11]：1KW·h电排放量CO2当量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的增温潜势

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 载货汽车排放因子[10]

3.4.8 冷冻油的排放因子[10]

冷冻油排放的二氧化碳排放因子是2.76kg/L。由于冷冻油使用数量较少，且其他温室气体排放较少，因此，甲烷和氮氧化物的排放忽略不计。

3.4.9 计算公式

二氧化碳排放当量是排放因子和基于该因子下活动水平的乘积：

公式中，Ei为第i种活动的二氧化碳排放量，t；Ai为第i种活动的活动水平（如耗煤量，t）；EFi为第i种活动的排放因子，即单位燃料下二氧化碳排放量，不同的燃料排放因子的单位有所不同。

二氧化碳排放总当量

甲烷和氮氧化物排放当量是排放因子、基于该因子下活动水平和增温潜势的乘积：

公式中，Eij为第i种活动的第j种温室气体的体排放量，t；Aij为第i种活动第j种温室气体的活动水平（如耗煤量，t）；EFij为第i种活动的第j种温室气体的排放因子，即单位燃料下二氧化碳排放量，不同的燃料排放因子的单位有所不同。GWPj为第j种温室气体的增温潜势。

二氧化碳排放总当量

3.5 数据计算

根据公式（4）可以计算出全年二氧化碳的排放量为6036744.22t。全年共生产PVC产品106635.85t。因此1tPVC产品的碳足迹e=6036744.22/106635.85=1.765t。

从计算环节可以看出河北盛华化工有限公司的碳排放环节主要集中在能源活动和原材料活动中，分别占总排放的94.1%和5.6%。

3.6 不确定性分析

不确定性的主要来源有：使用次级数据；由于甲烷和氮氧化物在某些工序排放的量太少而忽略，另外本案例中移动源的甲烷和氮氧化物排放也忽略掉了；初级数据存在测量误差和计算误差。

减少不确定性的方法主要有：使用准确率较高的初级数据代替次级数据；对每一道工序都进行能源消耗的跟踪在线监测，提高初级数据的准确性。

4.结语

低碳是企业未来生存和发展的必然选择，企业进行产品碳足迹的核算是企业实现温室气体管理，制定低碳发展战略的第一步。通过产品生命周期的碳足迹核算，企业可以了解排放源，明确各生产环节的排放量，为制定合理的减排目标和发展战略打下基础。

[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] 联合国.京都议定书[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] 马玉莲，忻仕海.碳足迹评价方法学在PVC产品中的应用[J].氯碱工业，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] 国家发改委应对气候变化司.关于公布2009年中国区域电网基准线排放因子的公告[EB/OL].http：//qhs.ndrc.gov.cn/qjfzjz/t20090703_289357.htm， 2009-07-02/2011-11-03.