产品碳足迹的研究

产品碳足迹的研究

随着产品碳跟踪技术的发展和不断完善，许多公司开始采用碳跟踪技术，并使用碳跟踪技术识别碳跟踪结果，优化生产和运输流程。国际市场上,产品碳标识已经被广泛应用,英国、加拿大和美国的碳标识市场发展比较迅速,法国、德国、日本、韩国等国家近年来也加快了碳标识的发展。目前我国的产品碳足迹、碳标签发展还处于起步阶段,先驱者大成食品亚洲有限公司自2009年开始,已开始邀请第三方对其产品进行碳排放分析,并在今后一年推出碳足迹标识产品;青岛啤酒也与中国标准化研究院和中国质量认证中心签订了啤酒行业的第一份低碳研究协议,对其啤酒产品的整个生产过程中所产生的温室气体数量进行评估和分析,并且依据数据对生产流程进行优化,推出附有碳足迹标识的青岛啤酒。相关研究项目还涉及酒店住宿产品等方面,但是对于玩具产品还没有相关研究的启动。针对国内玩具行业来讲,这个由于拥有制造电路板芯片等高碳排放量环节,而在环保方面亟待发展的行业,在碳标签上的发展确反而更加缓慢。本文将详细介绍项目组对广东某玩具公司磁石玩具产品的碳足迹信息测算的完整过程,指导企业优化生产流程,并为有意愿进行快速消费品碳足迹测算的研究者提供方法参考,希望对更多中国企业实施产品碳足迹测算起到促进作用。1产品碳足迹测算中的边界问题根据国际通用的PAS2050测算标准,计算任何商品或者服务的碳足迹都有5个基本步骤:绘制流程图、检查边界并确定优先序、搜集数据、计算碳足迹、检查不确定性(任选)。5个步骤的先后顺序如图1所示。该计算流程被广为使用,但通过调研发现,此计算流程在国内环保发展水平下较为理想化,此流程要建立在所有被收集数据完全健全的基础上,并且实施步骤会对研究的进展形成阻碍,很难适用于产品碳足迹测算刚刚起步的中国。其次,根据此模式优先由理论猜想来确定边界,由于不清楚各环节的碳排放量,确定起边界难度较大。在确定了边界之后的数据收集以及计算中,受制于部分数据的收集难度过大等因素(例如轮船排量参数属于机密资料,无法得到),导致不能按照设计好的边界进行研究,也极大影响了产品碳足迹计算结果。基于以上原因,本文通过改变数据的收集流程,提出先收集数据,后确定边界的研究方式。对于在碳足迹研究相关领域还处于起步阶段的中国,此算法更切合实际,也能在极大程度上保证算法的有效性。1.1需进行商品碳足迹的商品制造管理的专题研究确定对产品生命周期有贡献的所有材料、活动和过程。最初可以通过资料查阅绘制流程图,之后通过对企业、产品流水线的实地考察对其加以完善。流程图在整个碳足迹计算过程中作为一种宝贵工具,提供了走访的单元,并提供了指导收集数据和计算碳足迹的图示参考。为了绘制一个产品的过程图,首先要通过大量使用内部的专业知识和现有的数据或者进行案头研究,把所选产品的功能单位分解为各个组成部分(如原材料、包装)。产品规格或者材料单是一个很好的起点。从着眼于最开始的输入,然后确定各自的输入、制造过程、储存条件和运输要求。商品的生命周期通常涵盖一件商品从原材料开采(包括原材料的运输)、产品制造、商品流通零售、使用到最终废弃处置的整个供应链。研究生命周期必须先弄清产品碳足迹的原材料来源和流通的特性,为此拟对如下内容进行详细研究:(1)分析原材料环节,不仅指生产商品本身所需投入的各种原材料,还包括各种包装材料如单个商品的瓶子、盖子,甚至连搬运商品时使用的各种纸箱、纸盒、大型货箱等辅助材料也包含其中。(2)分析制造环节,主要是指从原材料进入生产流程开始到最终以产成品出厂的各个环节,其中包括生产过程中的固体废弃物处理环节等。(3)分析流通零售环节,包括商品运输到各个零售点储藏以及销售。(4)研究废弃环节,主要指商品使用后的废弃物处理和运输,并不包括商品生产废弃物的处理和运输。1.2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。活动水平和排放因子可以来自初级和次级数据,具体如图2所示。1.3碳足迹的把握系统边界定义了产品碳足迹计算的范围,即哪些生命周期阶段、输入和输出宜纳入评估。在明确了产品设计的所有项目之后,可以开始确定边界,即排除一些无用项目不去计算,依据的原则有以下5点:(1)只考虑生产厂家制造、配送、消费、废弃过程中能源和物质消耗所产生的碳足迹,而不考虑其他过程(如原材料提取)所产生的碳足迹。(2)研究主要测度提供过程中产生的碳足迹,由于数据的局限性,只考虑生产和配送的直接消耗,不考虑生产和配送服务的间接消耗。(3)物料消耗,假定所有用到的材料(如钢材),不论其牌号和型号均视为相同普通材料,以总量计入。(4)对于物质在重新利用过程中产生的碳足迹,纳入到下一轮生命周期。(5)使用年限,玩具寿命按10年计算,由于日常小型维修的情况比较复杂,而且消耗量相对较小,不予考虑。2计算步骤2.1磁石充分发挥的流程经过以上分析,参观并了解某磁石玩具生产线之后,绘制了磁石玩具的生命周期流程图,如图3所示。从流程图来看,磁石玩具制造材料不多,玩具自身结构比较简单,但是玩具的包装所用材料较多。由于玩具要出口到美国路程遥远,因此包装十分严密。玩具的配送线路很长,后期的玩具碳足迹数据收集难度很大。由生命周期流程图,即确定了收集数据的各个节点,开始收集工作。2.2碳足迹及碳排放测量参考京都议定书得出大致温室气体范围,再了解每种温室气体的排碳量的具体信息,得出排碳量最大的7种气体。并检测产品排放如下温室气体:二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、氢氟碳化物(HFCS)、全氟化碳(PFCS)、六氟化硫(SF6)、氟化物等。再得出产品碳足迹信息。由磁石玩具的整条生产流水线,依据生命周期流程图的节点,依次收集碳足迹信息数据。通过数据收集过程和之后总结,最后确定了磁石玩具的研究边界,具体如下:(1)色粉的用量极少,而且是使用公司内部材料,碳足迹信息贡献很小,可以略去。(2)磁石大小为20×5×3,制作工艺是将铁锈氧化到铁氧体再聚集成大块铁,之后切削工艺切成各小部分,之后充磁。(3)胶粒的材料是HTPS470,制作流程无法获得,使用次级数据获得。(4)鸡眼材料是铜镀镍,用来固定上下两板,有3种大小,每个0.05g,同样使用次级数据获得。(5)吸塑盖和吸塑托是APET26#;胶带是PE;手挽是PP。(6)由于运输部分线路较复杂且缺少实际数据,因此该部分省略,仅计算产品本身生产周期的碳排放。以箱为单位进行碳足迹的计算,该玩具由磁铁、鸡眼、胶粒以及彩盒等外购件组成。同时,已知各外购件单位重量,由每盒玩具所需各外购件用量可以计算出各外购件的总重量。在调查数据中详细记载了各外购件材料可能排放出的温室气体及成分,通过欧盟碳排量测算网站http://lct.jrc.ec.europa.eu/获取次级数据,查找该部分的碳排放量。引入GWP值(一种物质产生温室效应指数。在100年的时间框架内,各种温室气体的温室效应对应于相同效应的二氧化碳的质量,二氧化碳为参照气体)每个排放物都对应一个GWP值,有了各排放物所得的总GWP。未列出排放物质的构件直接采取计算含碳量,并假设在生产过程中这些碳被全部转变为二氧化碳排出,如外购件吸塑盖(APET),其含碳成分有二甘醇、乙醛、端羧基等,通过其占产品百分比来计算二氧化碳排放量。全部环节的碳足迹信息计算见表1~3。3结果分析3.1胶粒及彩盒的添加量由玩具各外购件名称及用量表中可比较各外购件总重量,由图4可得外购件中胶粒所占的比例最大;其次是磁铁部分,占30.04%;再次是彩盒为10.04%。其余的部分如内卡及吸塑托/盖所占不多,手挽、透明胶纸胶袋和说明书及鸡眼部分可忽略。3.2ph值的测定根据各个外购件产生的温室效应程度表来比较碳足迹的程度即GWP值,如图5。因为在运输中产生的碳排放数值过大,与产品本身生产与制造产生的碳排放数值相距甚远,为了更好比较其碳足迹的分布,可单独将产品本身的碳足迹作为一部分进行分析。3.3外购件采用现代管理规则及胶粒基于胶粒在其生产制造过程中排放温室气体的效应大以及在外购件总重量中占有将近一半的份额,胶粒的GWP值高达86.19%;其次是内卡与彩盒的GWP大约为12.19%;然后就是磁铁部分只占1.14%;其余如说明书等均不足1%。将外购件产生的GWP值以及其总重量之比得出各外购件部分单位质量GWP的值如表4所示,从该值可以大概的比较各部分产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减少碳足迹,从而指导企业达到减少碳排放的目标。由表4得到了以下的条形图,如图6所示。胶粒的单位GWP值依旧排在第一位,并且与第二的手挽相比差距很大。然后就是胶袋与胶纸以及内卡及彩盒还有鸡眼部分。此外,磁铁、说明书及吸塑盖/托占碳足迹的很少部分。4采用胶粒的专属性来减少碳排放根据上述分析能够清楚地看出,该套玩具产品产生的碳排放贡献主要集中于胶粒、手挽、胶纸袋等部分。其中,胶粒部分的碳排放能力最强。虽然之前的表1中某些部分产生的温室气体成分较多,且该气体成分产生的GWP比重大(比如鸡眼),但是由于其外购件部分重量在总体的比重较小,所产生的碳排放实际并不高。企业