木质林产品供应链碳足迹研究与展望

王 卉,吴金卓,吴彤彤,蔡加丽

（东北林业大学 工程技术学院，黑龙江 哈尔滨 150040）

0 引言

随着经济全球化进程的不断加快，企业也不断地融入到全球供应链中，通过资源的优化配置增强企业在全球市场的竞争力。然而，在企业不断提升产能的同时，伴随着生产而产生的一系列资源浪费和环境污染等问题，也给生态环境造成了很大的压力。碳足迹作为评估产品生产和生活消费是否达到可持续性的一种指标，日益引起人们的重视。碳足迹是指人类通过运输、生产和消费等过程引起的温室气体排放的集合[1]。在应用层面上，碳足迹可分为个人碳足迹、产品碳足迹、企业碳足迹和国家/城市碳足迹[2]。目前，国内外学者已经在不同层面和不同领域开展了碳足迹研究。例如，Kumar和Goyal[3]通过文献综述的方法研究了道路铺装所产生的二氧化碳排放和能源消耗，以期为高速公路建设和修复提供绿色减排策略。Onat 和Kucukvar[4]利用Scopus 数据库研究了2009-2020 年发表的115 篇宏观层面的建筑领域碳足迹研究文献，发现75%属于国家层面的研究，18%属于城市层面的研究，超过20%的研究采用投入产出分析法，基于过程的生命周期评价法紧随其后。他们认为，在建筑领域，间接供应链即地区和全球建筑供应链是碳排放的最大来源，应当给予充分重视。国内学者Yang，等[5]从政府和市场的角度建立碳足迹研究框架，分析了区域环境治理效率、公平机制和碳排放权问题，从宏观角度指出能源消耗、工业生态、建筑和国际贸易等方面都需要注意碳足迹核算方法的边界和适用性。田成诗，等[6]对中国不同行业所形成的供应链中的碳足迹部分进行了来源分析,认为降低碳排放需要降低电能的利用和热能的生产。总之，碳足迹研究不仅可以为评估温室气体对环境的影响提供一种方便可靠的方法，还可以为国家和企业制定绿色可持续发展策略提供依据。

木质林产品是以森林资源为基础生产的产品，包括原木、锯材、人造板及单板、木制品、纸类、木家具、木片等[7]。木质林产品作为生活消费品和生产必需品，市场需求量非常大。目前，世界范围内的木质林产品贸易活动比较平稳，出口主要集中在北美、亚洲和欧洲，进口则集中在亚洲、欧洲和北美地区[8]。我国是木质林产品贸易第一大国，2019 年我国木质林产品进出口贸易额高达1 099亿美元.其中进口总额为498亿美元[9]。木质林产品全球供应链涉及的环节复杂且覆盖的范围广泛，包括森林生产、采伐、国内和国际运输、加工处理、仓储、包装回收利用等诸多环节。研究木质林产品供应链的碳足迹，不仅可以确定碳排放量较多的供应链环节，进而制定减少碳排放的有关措施，而且有利于突破林产品绿色贸易壁垒，促进木质林产品行业健康可持续发展。

本文以木质林产品供应链为研究对象，归纳总结了常用的碳足迹核算标准和核算方法，并从单一供应链环节和全供应链两个方面，阐明了木质林产品碳足迹因供应链环节的不同而产生的差异，最后基于当前木质林产品碳足迹的研究现状提出了展望，旨在为木质林产品供应链低碳化发展和有关绿色经济政策制定提供借鉴和参考。

1 碳足迹核算标准与核算方法

1.1 核算标准

碳核算国际标准的制定为核算方法提供了科学依据。由于温室气体种类、质量分配比例等方面的规定不同，导致形成了众多的碳核算准则。其中，PAS2050、GHG Protocol 和 ISO14067 这 3 种核算标准被广泛地应用在产品的碳足迹评价中[10]。PAS2050作为世界上第一个针对产品碳足迹制定的标准，使用频率最高。对于过程中涉及到的固定资产的生产、场所的运行及电力基础设施中碳排放的数据都会进行收集，结果的准确性比较高。GHG Protocol中对于碳足迹的碳储存、能量回收、延迟排放以及边界规定进行了详细的阐述。ISO14067只对储存和回收方面做出规定，因此普适性程度更高。GHG Protocol与PAS2050 的不同主要体现在分配与使用阶段，ISO14067与PAS2050的不同则体现在原料生产和废弃阶段[11]。不同标准的选择便会形成不同的核算方法，导致同一产品具有不同碳标签的现象。

1.2 核算方法

生命周期评价法（Life Cycle Assessment, LCA）是以PAS2050 为标准，在木质林产品供应链碳足迹核算过程中采用的最主要的方法，一般采用从产品的原材料收集到生产加工、运输、消费使用及最终废弃物处置作为系统边界进行产品的评价和能源消耗以及对环境影响的核算。在LCA 方法的基础上，通过技术提升和信息完善，研究者提出了侧重于过程的、投入产出方面以及混合方法的生命周期评价方法等[12]。其中基于过程的生命周期评价作为传统且主流的评价方法，按照ISO14040原则,以确定目标的范围、清单分析、环境影响评价和结果解释为四大基本框架，采用自下而上的方式实地进行输入及输出的数据收集，来核算产品在设定的系统边界内的碳排放总量，分析对环境的影响。但是，边界的设定和数据的收集存在较强的主观性,导致碳排放的量化数据不够精确。于是引入了经济投入产出表,出现了以ISO14067 为标准的投入产出生命周期评价的方法，采用自上而下的方法借助于间隔发表的投入产出表，根据平衡方程来估算和反映经济主体与被评价对象之间的对应关系，来核算行业层面的能源消耗和碳排放水平。该方法对于部门的碳核算可以很好的反映出服务环境影响，但是由于投入产出表在时间上的制约，并不适用于单一产品碳核算的评价。为了使生命周期评价法的应用范围更加广泛，研究者以GHG Protocol 为标准将两种方法结合形成了混合生命周期评价法，但是根据混合方式的不同，又分为分层混合、基于投入产出的混合以及集成混合。前两种方式易造成数据的重复计算，后一种方式则对数据要求较高。除了生命周期评价法外，碳足迹计算器由于计算方法简单，常用于在个人、家庭以及运输工具的碳排放量核算中。联合国气候变化委员会编写的国家温室气体清单中也提供了收集活动水平和排放因子的IPCC缺省法、储量变化法、生产法和大气流动法等计算碳排放的方法。由于木质林产品供应链的结构复杂，在进行碳测算时往往会基于生命周期法的思想，使用IPCC 法结合数学建模等方法[13]共同完成碳足迹的测算，确保碳排放驱动因素的准确性。

2 木质林产品单一供应链环节碳足迹研究

木质林产品供应链，尤其是全球供应链涉及到的环节众多且流程复杂。一般地，木质林产品全球供应链都包含森林生产、采伐、国内和国际运输、加工处理、仓储以及包装回收利用等。这些环节由于侧重点不同，所形成的碳排放量存在差异。下面主要从森林生产、采购与运输、林产品加工、仓储与配送以及废弃回收等方面进行碳足迹研究分析。

2.1 森林生产

森林在生长过程中，通过光合作用吸收空气中的二氧化碳，进而将其固定在森林生物量中。因此，森林生产环节具有固碳的作用。Cosola，等[14]比较了近自然经营和人工林经营两种森林经营方法下的碳排放量，发现人工林由于相对简单的作业条件产生的碳排放更低。Mancini，等[15]计算了不同管理程度下3 种类型森林(原始林、其他天然更新森林和人工林) 的碳固存速率，得出平均森林碳汇为0.73±0.37tCha-1yr-1，为生态足迹的估算提供了依据。Michelsen，等[16]运用生命周期评价法对于挪威的森林作业进行了生物量的变化分析，发现林业活动中的土地利用变化对于生物多样性和森林碳库具有显著影响。阮宇，等[17]基于联合国粮农组织（FAO）统计数据等数据来源，采用碳贮量变化法、大气通量法等不同方法对我国木质林产品碳贮量及其变化进行分析，得知我国木质林产品碳储量及其变化呈上升趋势，但是不同数据来源以及方法下的结果差异显著。可见，森林生产过程一定伴随着碳排放，但是碳足迹因森林的经营方式、类型种类、环境变化、计算方式等不同而形成差异。

2.2 采购与运输

林业建设由于具有周期长、投入大、效益低等特点,导致木质林产品的原材料采购受到资源的限制。同时，由于全球的林业资源分布不均衡且存在供需的时间差异，因此木质林产品在全球范围内流动已经成为一种必然趋势[18]。国内学者Zhang，等[19]利用多地区投入产出模型分析了国家层面的林木采伐碳足迹，发现木材主要由发展中国家流向森林资源丰富的发达国家，发达国家的木材采伐碳足迹已远远超过其直接木材采伐量，而在南美和非洲的发展中国家的木材直接采伐量远远大于木材采伐的碳足迹。田明华和赵晓妮[20]将森林中消耗原木的环境效益值进行叠加，对不同来源的林产品在生产过程中形成的碳足迹进行分析，旨在减少木质林产品进出口贸易中的绿色壁垒。木质林产品的原材料采购过程中的碳排放主要来自于运输消耗燃油而形成的温室气体。周媛，等[21]对机械化木材生产作业系统进行了分析，得知由运输造成的温室气体占整体碳排放的70%左右，受气温、海拔及林型等情况的综合影响下进行采伐活动产生的碳排放是标准工序下木材生产碳足迹的2.22 倍。胡婷婷[22]将成本和碳排放量相结合作为福建省将乐县木材物流模型的优化目标，对于木材物流网络碳排放进行分析，表明用车辆满载的碳排放量代替实际运输车辆的碳排放量会造成平均碳排放水平增加约2.7个百分点，忽略运输节点的碳排放会导致平均碳排放水平下降约19.65个百分点，旨在完善木材物流模型的优化，从而降低环境负荷。因此，木质林产品的采购与运输环节中的碳足迹因原材料的来源不同会有较大差异，原材料运输是主要的碳足迹排放环节。

2.3 林产品加工

林产品加工是木质林产品供应链中的重要环节，也是碳排放比较集中的环节。根据木质林产品的加工程度，可以将其分为初级产品、中间产品以及终端产品[23]。吕佳，等[24]从数量结构、碳足迹总量和强度的角度对我国出口的木质林产品进行分析，发现加工程度越复杂的木质林产品在其供应链中产生的碳排放越高。在初级产品生产层面，Ratnasingam，等[25]通过对锯材生产过程中的产量和能耗数据进行碳足迹分析,发现不同颜色锯材生产的碳足迹没有显著差异。在中间产品加工层面，Kouchaki-Pencha，等[26]分析了刨花板生产过程中原材料和工艺的能耗和环境影响，表明环境影响主要来源于刨花板整形阶段。王珊珊，等[27]对比国内外人造板行业的能源耗用，结合量化工艺改进方案的减排效果,为人造板行业减排和市场结构改善提供有力支持。在终端产品制造层面，姜晓红，等[28]基于不同面板制成的一种多功能家具，对不同材质和结构的设计方案进行碳足迹核算,得出林产品的材质来源对于碳足迹的强度有显著影响。白伟荣，等[29]对由实木和人造板制成的茶水柜进行碳足迹分析，发现喷涂、油漆等辅料是茶水柜碳排放80%以上的来源。由此可知，合理选取原料、辅料的材质以及改革工艺、减少设备耗能是减少林产品加工过程中碳排放的关键。

2.4 仓储与配送

仓储与配送环节是木质林产品生产与销售的衔接环节，在仓储过程中所消耗的灯光电能以及包装材料的使用是主要的碳排放来源。正确的仓储管理是减排的重要一步。颜浩龙，等[30]针对我国林产品供应链中GMI、VMI 和CPFR 库存管理模式中存在的问题展开讨论，为林木供应商科学合理地控制林木库存量、制定林木采伐计划，从而减少林木资源的浪费和林产品的碳足迹提供了思路。郭明辉，等[31]基于2007年木质林产品数据，计算了中国木质林产品200年内的碳储存，表明在非科学化的贮存过程中存在程度不等的碳排放，采用增加产量、延长使用寿命可以提高木质林产品的碳汇效应。在木质林产品周转过程中，不仅需要仓储管理，还需要配送货物。Carrano，等[32]介绍了木质托盘生命周期的各个阶段并比较了3种不同的托盘管理策略对环境碳排放的影响，结果表明碳排放量与不同的装卸和装载方式以及配送距离密切相关。尽管与其他环节相比，仓储与配送环节往往很容易被忽略，但是通过合理的仓储管理、高效的装卸搬运以及配送也可以在一定程度上减少木质林产品供应链的碳排放。

2.5 废弃回收

由于废弃的木质林产品依旧储存着一定数量的碳，废弃物回收循环利用对于实现木质供应链的低碳可持续化至关重要。楚杰，等[33]总结了国内外废旧木材回收利用技术，提出关于废旧木材回收利用的资源化发展建议，为降低环境中的温室气体排放和减少固体污染提供了有力支持。Rempelos，等[34]以英国铁路网络中4种最常见的轨枕作为研究对象,分析了不同交通负荷下轨枕的生命周期碳排放，结果表明软木轨枕在整个模拟期内在较低的交通负荷作用下的碳排放最低，而在较高的交通负荷下混凝土轨枕在碳排放方面要优于硬木轨枕、软木轨枕和不锈钢轨枕。同时，该研究也表明木材报废处理途径是影响碳足迹的关键因素。耿会君和赵方方[35]从快递包装箱循环使用的角度出发，对于包装箱循环利用中导致碳足迹增多的分类归集、规格标准制定等措施进行研究，为快递包装箱的可持续利用提供了依据。同样，木质包装材料的循环利用，不仅可以减少木材资源的使用，还能够进一步促进供应链的低碳化。

3 木质林产品全供应链碳足迹研究

木质林产品全供应链是由多个单一环节构成的，对其进行碳足迹分析可以更加直观地比较同一供应链中不同环节的碳排放贡献程度，为减排提供科学依据。下面主要从企业内部的全供应链碳足迹与企业外部的全供应链碳足迹两方面进行分析，旨在为减缓气候变暖提供建议。

3.1 企业内部供应链碳足迹

对木质林产品生产企业来说，企业内部供应链包括供应商的选择、生产、组配包装、仓储、销售配送以及废弃回收等环节，对各个节点的碳足迹进行准确核算是企业节能减排的必经之路。薛拥军，等[36]以中密度纤维板为研究对象，对原料的获取、加工生产、使用以及废弃环节进行了影响环境的主要因子分析，提出了改进生产工艺等减少碳排放的思路和方法。景晓玮和赵庆建[37]对于制浆造纸生产过程中电力、热力以及燃料的使用和“碱回收”等阶段进行了碳排放研究，为发展低碳减排提供了优化能源结构等策略。陈硕，等[38]以强化木地板为研究对象，运用生命周期评价方法以强化木地板原辅料的使用到强化木地板的废弃使用以及锯末的再生利用为系统边界，认为强化木地板全生命周期的碳排放主要集中在原辅料的使用环节，应该在生产强化木地板过程中提高原辅料的材料质量，同时减少单位面积强化木地板上原辅料的使用量。郑卫卫，等[39]分析了福建省木质生物质原料供应链不同阶段的碳排放量，发现供应链中由采伐、集材、运材等环节构成的直接碳排放量所占比例最大，为66.57%，并给出了生物质能源代替化石燃料、选择适合山地的车型等方案，为促进木质生物质原料供应链的节能减排提供了有力支持。王军会和杨秦丹[40]基于全生命周期法，计算出胶合板产品生产过程中的全球变暖指标，根据资源耗竭潜力、富营养化潜值等指标所占的比例提出绿色制造的指导建议。从企业内部供应链来看，生产加工、辅料的使用以及运输环节是企业实施减排措施的重点考虑方面。

3.2 企业外部供应链碳足迹

木质林产品供应链涉及到多个不同企业。整个木质林产品行业工序复杂、产品类型多样,对其碳足迹核查数据多、周期长、成本高以及功能单位难以统一。只有积极整合企业内部供应链与企业外部供应链，才能最终实现木质林产品供应链的低碳化。林立平和黄圣游[41]以两款不同材质的木质床头柜为研究对象，使用现场测量的数据结合生命周期评价法，计算出了上游原材料的碳排量分别占实木床头柜和板式床头柜总排放的61%和95%，指出在制造过程中上游原材料的碳排放是节能减排的关键。胡丽辉和王忠伟[42]用熵值修正G1法以家具制造企业能力为基础，对绿色环境指标体系进行分析，旨在为实现产业向低碳化转型选择合适的上游合作伙伴。企业的生产运作一定离不开煤电的使用，但是煤电、化石燃料的使用是形成温室气体的主要来源。谷艾婷，等[43]以不同种类的木质林产品为分析主体，对于产业链上的碳足迹进行分析，发现产业内部的碳足迹主要源于从林木的生产到木质林产品制造的过程，而外部的碳足迹主要是由金属冶炼、化石开采等环节形成的。姜庆国[44]以电煤供应链直接碳排放为研究对象，构建了碳排放源、碳排放量及其相应的成本-收益仿真模型，表明电煤公路运输企业分散,节能减排管理薄弱，减排成效不明显。除了电力、化石等外，在木质林产品生产加工中各种辅助材料也是供应链碳足迹的重要部分。罗德宇[45]对其油漆等工序作业负荷进行测试，以提高物料的利用率和促进生产线的低碳绿色化为前提，提出了油漆等辅料少投入和不投入的原则。木质林产品生产量不稳定、市场供需矛盾突出，于是出现了碳交易。木质林产品企业供应链前端企业通过造林可以增加企业的收入，后端企业购买碳权，从而抵消超过木材交易的碳排放量。孙铭君，等[46]以森林经营企业与木质林产品制造企业组成的供应链整体为研究对象，研究表明木质林产品制造企业会随着碳排放权价格升高而进行工艺减排技术的改革，同时森林经营企业面对严格的碳约束政策，会扩大营林规模。骆瑞玲，等[47]针对制造商和零售商组成的供应链在碳限额政策下的碳足迹变化，得知制造商和零售商协商决策下的排放总量明显少于分散决策情形下的碳足迹。实现资源的主导、确定产品的生命周期以及功能单位、保证流程低碳等是木质林产品供应链低碳化的前提。楚杰[48]应用调查研究法、系统工程法等方法，构架完成了中国低碳木材工业产业链，认为依据低碳认证标准体系建立中国碳标签制度是木质林产品经济、环境共同发展的趋势。郭承龙和杨加猛[49]从资源链、生态链和价值链的角度出发，构建了林业低碳产业链的共生系统结构，提出木质林产品供应链实现一体化是低碳产业的基础。综上所述，只有在碳交易和碳标准的协调下，才能完成供应链节点整合一体化，最终实现减少木质林产品供应链的碳足迹。

4 结语

由于木质林产品的供应链结构相对冗杂，不同的环节中都会造成不同程度的碳排放，其中原材料采购和林产品加工环节是碳排放比较集中的环节，而林产品的循环使用和回收处置则可以在一定程度上减少碳排放。虽然木质林产品供应链的碳足迹研究已经取得了一定的进展，但是在节能减排、应对绿色贸易壁垒以及实现供应链一体化等方面还存在许多不足。为了保障森林资源的持续利用，有效促进以绿色生态为理念的经济发展，未来的林产品供应链碳足迹研究可以从以下方面展开：

（1）调整木质林产品国际贸易结构，明确进出口国双方在碳足迹中的责任，引入创新低碳技术，加强地区之间的信息交流，从而打破绿色壁垒。

（2）构建木质林产品碳排放的实时监测体系，完善针对木质林产品的种类、来源以及生产方式的差异化，导致碳足迹不同的制度管理，旨在保障数据的及时性和完整性。

（3）建立木质林产品供应链的碳排放准则，明确产品的研究边界，建立不同地区的木质林产品的碳足迹标准数据库，自主开发碳足迹评价软件，为产品的绿色低碳化提供依据。