產品碳足跡的研究

隨著產品碳跟蹤技術的發展和不斷完善，許多公司開始采用碳跟蹤技術，并使用碳跟蹤技術識別碳跟蹤結果，優化生產和運輸流程。國際市場上,產品碳標識已經被廣泛應用,英國、加拿大和美國的碳標識市場發展比較迅速,法國、德國、日本、韓國等國家近年來也加快了碳標識的發展。目前我國的產品碳足跡、碳標簽發展還處于起步階段,先驅者大成食品亞洲有限公司自2009年開始,已開始邀請第三方對其產品進行碳排放分析,并在今后一年推出碳足跡標識產品;青島啤酒也與中國標準化研究院和中國質量認證中心簽訂了啤酒行業的第一份低碳研究協議,對其啤酒產品的整個生產過程中所產生的溫室氣體數量進行評估和分析,并且依據數據對生產流程進行優化,推出附有碳足跡標識的青島啤酒。相關研究項目還涉及酒店住宿產品等方面,但是對于玩具產品還沒有相關研究的啟動。針對國內玩具行業來講,這個由于擁有制造電路板芯片等高碳排放量環節,而在環保方面亟待發展的行業,在碳標簽上的發展確反而更加緩慢。本文將詳細介紹項目組對廣東某玩具公司磁石玩具產品的碳足跡信息測算的完整過程,指導企業優化生產流程,并為有意愿進行快速消費品碳足跡測算的研究者提供方法參考,希望對更多中國企業實施產品碳足跡測算起到促進作用。1產品碳足跡測算中的邊界問題根據國際通用的PAS2050測算標準,計算任何商品或者服務的碳足跡都有5個基本步驟:繪制流程圖、檢查邊界并確定優先序、搜集數據、計算碳足跡、檢查不確定性(任選)。5個步驟的先后順序如圖1所示。該計算流程被廣為使用,但通過調研發現,此計算流程在國內環保發展水平下較為理想化,此流程要建立在所有被收集數據完全健全的基礎上,并且實施步驟會對研究的進展形成阻礙,很難適用于產品碳足跡測算剛剛起步的中國。其次,根據此模式優先由理論猜想來確定邊界,由于不清楚各環節的碳排放量,確定起邊界難度較大。在確定了邊界之后的數據收集以及計算中,受制于部分數據的收集難度過大等因素(例如輪船排量參數屬于機密資料,無法得到),導致不能按照設計好的邊界進行研究,也極大影響了產品碳足跡計算結果。基于以上原因,本文通過改變數據的收集流程,提出先收集數據,后確定邊界的研究方式。對于在碳足跡研究相關領域還處于起步階段的中國,此算法更切合實際,也能在極大程度上保證算法的有效性。1.1需進行商品碳足跡的商品制造管理的專題研究確定對產品生命周期有貢獻的所有材料、活動和過程。最初可以通過資料查閱繪制流程圖,之后通過對企業、產品流水線的實地考察對其加以完善。流程圖在整個碳足跡計算過程中作為一種寶貴工具,提供了走訪的單元,并提供了指導收集數據和計算碳足跡的圖示參考。為了繪制一個產品的過程圖,首先要通過大量使用內部的專業知識和現有的數據或者進行案頭研究,把所選產品的功能單位分解為各個組成部分(如原材料、包裝)。產品規格或者材料單是一個很好的起點。從著眼于最開始的輸入,然后確定各自的輸入、制造過程、儲存條件和運輸要求。商品的生命周期通常涵蓋一件商品從原材料開采(包括原材料的運輸)、產品制造、商品流通零售、使用到最終廢棄處置的整個供應鏈。研究生命周期必須先弄清產品碳足跡的原材料來源和流通的特性,為此擬對如下內容進行詳細研究:(1)分析原材料環節,不僅指生產商品本身所需投入的各種原材料,還包括各種包裝材料如單個商品的瓶子、蓋子,甚至連搬運商品時使用的各種紙箱、紙盒、大型貨箱等輔助材料也包含其中。(2)分析制造環節,主要是指從原材料進入生產流程開始到最終以產成品出廠的各個環節,其中包括生產過程中的固體廢棄物處理環節等。(3)分析流通零售環節,包括商品運輸到各個零售點儲藏以及銷售。(4)研究廢棄環節,主要指商品使用后的廢棄物處理和運輸,并不包括商品生產廢棄物的處理和運輸。1.2數據收集計算碳足跡需要兩類數據:活動水平數據和排放因子。活動水平和排放因子可以來自初級和次級數據,具體如圖2所示。1.3碳足跡的把握系統邊界定義了產品碳足跡計算的范圍,即哪些生命周期階段、輸入和輸出宜納入評估。在明確了產品設計的所有項目之后,可以開始確定邊界,即排除一些無用項目不去計算,依據的原則有以下5點:(1)只考慮生產廠家制造、配送、消費、廢棄過程中能源和物質消耗所產生的碳足跡,而不考慮其他過程(如原材料提取)所產生的碳足跡。(2)研究主要測度提供過程中產生的碳足跡,由于數據的局限性,只考慮生產和配送的直接消耗,不考慮生產和配送服務的間接消耗。(3)物料消耗,假定所有用到的材料(如鋼材),不論其牌號和型號均視為相同普通材料,以總量計入。(4)對于物質在重新利用過程中產生的碳足跡,納入到下一輪生命周期。(5)使用年限,玩具壽命按10年計算,由于日常小型維修的情況比較復雜,而且消耗量相對較小,不予考慮。2計算步驟2.1磁石充分發揮的流程經過以上分析,參觀并了解某磁石玩具生產線之后,繪制了磁石玩具的生命周期流程圖,如圖3所示。從流程圖來看,磁石玩具制造材料不多,玩具自身結構比較簡單,但是玩具的包裝所用材料較多。由于玩具要出口到美國路程遙遠,因此包裝十分嚴密。玩具的配送線路很長,后期的玩具碳足跡數據收集難度很大。由生命周期流程圖,即確定了收集數據的各個節點,開始收集工作。2.2碳足跡及碳排放測量參考京都議定書得出大致溫室氣體范圍,再了解每種溫室氣體的排碳量的具體信息,得出排碳量最大的7種氣體。并檢測產品排放如下溫室氣體:二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氫氟碳化物(HFCS)、全氟化碳(PFCS)、六氟化硫(SF6)、氟化物等。再得出產品碳足跡信息。由磁石玩具的整條生產流水線,依據生命周期流程圖的節點,依次收集碳足跡信息數據。通過數據收集過程和之后總結,最后確定了磁石玩具的研究邊界,具體如下:(1)色粉的用量極少,而且是使用公司內部材料,碳足跡信息貢獻很小,可以略去。(2)磁石大小為20×5×3,制作工藝是將鐵銹氧化到鐵氧體再聚集成大塊鐵,之后切削工藝切成各小部分,之后充磁。(3)膠粒的材料是HTPS470,制作流程無法獲得,使用次級數據獲得。(4)雞眼材料是銅鍍鎳,用來固定上下兩板,有3種大小,每個0.05g,同樣使用次級數據獲得。(5)吸塑蓋和吸塑托是APET26#;膠帶是PE;手挽是PP。(6)由于運輸部分線路較復雜且缺少實際數據,因此該部分省略,僅計算產品本身生產周期的碳排放。以箱為單位進行碳足跡的計算,該玩具由磁鐵、雞眼、膠粒以及彩盒等外購件組成。同時,已知各外購件單位重量,由每盒玩具所需各外購件用量可以計算出各外購件的總重量。在調查數據中詳細記載了各外購件材料可能排放出的溫室氣體及成分,通過歐盟碳排量測算網站http://lct.jrc.ec.europa.eu/獲取次級數據,查找該部分的碳排放量。引入GWP值(一種物質產生溫室效應指數。在100年的時間框架內,各種溫室氣體的溫室效應對應于相同效應的二氧化碳的質量,二氧化碳為參照氣體)每個排放物都對應一個GWP值,有了各排放物所得的總GWP。未列出排放物質的構件直接采取計算含碳量,并假設在生產過程中這些碳被全部轉變為二氧化碳排出,如外購件吸塑蓋(APET),其含碳成分有二甘醇、乙醛、端羧基等,通過其占產品百分比來計算二氧化碳排放量。全部環節的碳足跡信息計算見表1~3。3結果分析3.1膠粒及彩盒的添加量由玩具各外購件名稱及用量表中可比較各外購件總重量,由圖4可得外購件中膠粒所占的比例最大;其次是磁鐵部分,占30.04%;再次是彩盒為10.04%。其余的部分如內卡及吸塑托/蓋所占不多,手挽、透明膠紙膠袋和說明書及雞眼部分可忽略。3.2ph值的測定根據各個外購件產生的溫室效應程度表來比較碳足跡的程度即GWP值,如圖5。因為在運輸中產生的碳排放數值過大,與產品本身生產與制造產生的碳排放數值相距甚遠,為了更好比較其碳足跡的分布,可單獨將產品本身的碳足跡作為一部分進行分析。3.3外購件采用現代管理規則及膠粒基于膠粒在其生產制造過程中排放溫室氣體的效應大以及在外購件總重量中占有將近一半的份額,膠粒的GWP值高達86.19%;其次是內卡與彩盒的GWP大約為12.19%;然后就是磁鐵部分只占1.14%;其余如說明書等均不足1%。將外購件產生的GWP值以及其總重量之比得出各外購件部分單位質量GWP的值如表4所示,從該值可以大概的比較各部分產生碳排放的能力大小,并由此粗略得到加大哪些部分的控制可以更有效率地減少碳足跡,從而指導企業達到減少碳排放的目標。由表4得到了以下的條形圖,如圖6所示。膠粒的單位GWP值依舊排在第一位,并且與第二的手挽相比差距很大。然后就是膠袋與膠紙以及內卡及彩盒還有雞眼部分。此外,磁鐵、說明書及吸塑蓋/托占碳足跡的很少部分。4采用膠粒的專屬性來減少碳排放根據上述分析能夠清楚地看出,該套玩具產品產生的碳排放貢獻主要集中于膠粒、手挽、膠紙袋等部分。其中,膠粒部分的碳排放能力最強。雖然之前的表1中某些部分產生的溫室氣體成分較多,且該氣體成分產生的GWP比重大(比如雞眼),但是由于其外購件部分重量在總體的比重較小,所產生的碳排放實際并不高。企業