食品生命周期碳排放评价研究

马爱进，赵海珍

(1.中国标准化研究院，北京100088;2.国家环保总局环境工程评估中心，北京100012)

食品生命周期碳排放评价研究

马爱进1，赵海珍2

(1.中国标准化研究院，北京100088;2.国家环保总局环境工程评估中心，北京100012)

基于生命周期评价(LCA)理论，探讨界定食品生命周期碳排放的核算范围，对食品生命周期从原料生产、加工、消费到废物处理各阶段的碳排放进行清单分析，并提出了食品生命周期碳排量的评价框架和方法。

食品生命周期，碳排放，评价

气候变化是当今国际社会普遍关注的全球性问题，也是人类面临的最为严峻的全球环境问题。全球科学研究表明，气候变化的主要原因是由于人类活动向大气中排放过量的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)等温室气体而引起的。因此解决气候变化问题的根本措施也就是减少人为温室气体排放或增加对大气中温室气体的吸收。食品原料、生产过程、销售过程中对能源和资源的消耗及固体废弃物的处理会带来巨大的温室气体排放量。如何减少食品原料生产、加工过程、包装、运输等过程的碳排放量，发展低碳食品是低碳社会对食品业发展的时代要求。本文基于可持续发展思路，利用生命周期评价理论和方法，探讨界定食品生命周期碳排放核算范围、分析食品生命周期碳排放清单，初步构建食品生命周期碳排放的评价框架和方法，为促进我国低碳食品的发展提供参考。

1 食品生命周期碳排放及低碳食品

1.1 食品生命周期

刘妍在研究啤酒生命周期时，认为产品生命周期就是从自然中来回到自然中去的全过程，也就是既包括制造产品所需要的原材料的采集、加工等生产过程，也包括产品贮存运输等流通过程，还包括产品的使用过程以及产品报废或处置等废弃回到自然的过程，这个过程构成了一个完整的产品生命周期［1］。王新杰等研究产品生命周期评价体系时，认为产品生命周期是指从产品设计、制造、使用/维护到回收处理的全过程［2］。任辉等研究认为一个完整的食品生命周期应该从最初原料的生产到产品包装、运输、销售、消费及最终废弃物处置的整个过程［3］。

本文认为食品生命周期即是食品产品的生命周期，也指食品产品全生命周期，英文是food life cycle或food whole life cycle，指从食品产品的萌芽到食品食用后包装处置的整个过程，包括食品原料的生产、食品加工、包装、运输、销售、食用、废物处置等阶段。而食品生命周期分析，即是用生物学生命周期思想与社会有机体理论及系统理论对食品产品系统进行的分析。

1.2 食品生命周期碳排放

食品生命周期的碳排放是指把食品的全生命周期看成一个系统，该系统由于消耗能源、资源向外界环境排放的总碳量。食品生命周期的碳排放来源如表1所示，包括了食品原料生产、食品加工、销售、食用、废物处置等阶段的碳排放。需要指出的是，食品原料生产阶段未分解成它的上游活动(如化肥生产、土地利用变化、饲料生产、兽药生产、农药生产等)，食品生产阶段涉及的食品添加剂、包装等也未分解成它的上游活动(如添加剂合成、塑料合成、金属冶炼等)。

1.3 低碳食品

我们消费的各类食品需要人类的各种劳动和资源消耗来生产。调查和研究发现，生产高蛋白、高脂肪的食品，如肉类，比生产谷物类食物消耗的能源和排放的二氧化碳更多，所以低碳食品是以产品生产过程中能耗高低和主要排放温室气体的多少为衡量标准。由此而言，低碳食品是指在产品设计阶段有着明确而详细的减少温室气体排放的方案，在食品生命期内原材料选择、运输，生产工艺、设备选择，包装材料使用，产品储存、运输方式，食用方法和废弃物处置各阶段温室气体排放少甚至是零排放的食品。其目标是在食品全生命周期内尽量减少温室气体的排放，减少对气候变化的影响。近年来，低碳食品已逐渐成为国际食品的发展趋势。在我国，低碳食品的思想也越来越受到重视。

表1 食品生命周期各阶段碳排放来源

表2 食品生命周期碳排放系统边界内的通用材料和活动

2 食品生命周期碳排放评价

针对产品的可持续性评价体系主要有两类，一类是主观定性评价系统，一类是基于生命周期评价(LCA)理论建立的定量评价系统。主观定性评价方法操作简单，包含的内容全面，却存在难以确保评价客观性，只能用于某一阶段或全过程完成后的事后评价。基于生命周期评价理论的定量评价方法，虽然需要收集大量数据，工作量大，但是具有客观性强、可以量化，并且可以用于项目实施前的事前控制等优点［4］。

2.1 生命周期评价原理和方法

生命周期评价始于20世纪70年代左右，源于美国开展的针对包装品的分析和评价［5］，在生命周期评价(LCA)的发展历程中，产生了多种定义，其中国际标准化组织(ISO)和国际环境毒理学会和化学学会(SETAC)的定义最具有权威。

国际环境毒理学和化学学会将生命周期评价定义为:生命周期评价是一种对产品生产工艺及活动的物质、能量的利用及造成的环境排放进行量化和识别而进行环境负荷评价的过程;是通过对能量和物质利用以及由此造成的环境废物排放进行辨识和量化来进行的;评价目的在于评估能量和物质利用以及废物排放对环境的影响，寻求改善环境影响的机会以及如何利用这种机会;这种评价贯穿于产品、工艺和活动的整个生命周期，包括原材料的提取与加工、产品制造、运输以及销售、产品的使用、再利用和维护，废物循环和最终废弃物［6］。SETAC的LCA技术框架分为四个部分:目标与范围的确定、清单分析、影响评价及改善评价，其中清单分析是最重要的一个部分。

国际标准化组织将生命周期评价定义为汇总和评估一个产品(或服务)体系在其整个生命周期内的所有投入及产出对环境造成的潜在影响的方法［7］。同时将生命周期评价纳入了其标准环境管理体系ISO14000系列中。自20世纪90年代起，生命周期评价在我国已开展相关研究。1998年，我国开始全面引进ISO14000系列标准，将其转化为国家标准。进入21世纪以来，生命周期评价成为了国内可持续发展和环境保护领域新的研究亮点之一。

国际环境毒理学与化学学会以及国际标准化组织分别对LCA的定义及技术框架的制定，进一步推动了LCA在国际范围内的发展。本文基于生命周期评价理论，探讨建立食品生命周期碳排放评价框架和方法。

2.2 食品生命周期碳排放评价范围和对象

系统边界为通过一组准则确定哪些单元过程属于产品系统的一部分，其单元过程是一个生命周期的最小部分，在进行生命周期评价时，对其进行数据分析。食品生命周期系统边界应包含食品原料生产、食品加工、销售、消费和废物处置等单元过程，表2为食品生命周期边界内的通用材料和活动。

列入食品产品边界系统的关键原则是包含所有的实质性碳排放(通过使用估值和即时获取的数据决定一个排放源是否是实质性的)，即由选定的产品在生产、使用或再利用过程中直接或间接产生的碳排放。非实质性碳排放，即占碳排放总量不到1%的任何单一来源。但非实质性碳排放源的总比例不超过碳排放总量的5%。

2.3 食品生命周期碳排放评价功能单位

食品企业规模不一，食品原料差异，食品机械化程度，产品消费形式相差很大，直接导致碳排放量差别很大。通常适当的功能单位是受该产品如何驱动消费的影响，如200g薯条，但使用较大的功能单元如1t薯条，可能更容易收集数据和计算碳排放。根据目前国内外食品评价研究［8-10］，本文食品生命周期碳排放的功能单位定义为单位包装产品的碳排放。

2.4 食品生命周期碳排放清单分析

有关的数据应包括产品系统边界范围内所有温室气体的排放。在计算食品生命周期碳排放时需要两类数据，活动水平数据和排放因子。活动水平数据是指食品生命周期中涉及到的所有材料和能源(物料的输入和输出、能源使用、运输等)，如表3所示;排放因子可将这些数据转化成温室气体排放量，即单位活动水平数据排放的温室气体数量(如每千克输入量的千克温室气体)。活动水平数据和排放因子可来自初级或次级数据。初级数据是指针对具体产品生命周期由内部或供应链中别人所做的直接测量;次级数据是指不针对具体产品的外部测量，是一种对同类过程或材料的平均或通用测量(如行业报告数据)。一般情况下，尽可能多的使用初级活动数据，因为这类数据可更好地了解实际碳排放情况，并有助于找到减排的机会。

表3 通用活动水平数据

2.5 食品生命周期碳排放计算

食品生命周期碳排放总量应包括整个产品生命周期中所有活动的所有材料、能源和废弃物乘以其排放因子之和。即某一活动的碳排放=活动水平数据(质量/kWh/km)×排放因子(每个单位的CO2当量)。每项活动的温室气体排放计算出来后，可利用全球增温趋势(GWP)将其换算成二氧化碳当量。需要指出的是，计算碳排放时通常需要质量平衡，以确保所有输入、输出和废物流均被计入。食品碳排放涉及步骤复杂，图1可为计算碳排放提供参考，对标示符号的步骤分别计算碳排放。

图1 食品生命周期碳排放计算示例

3 结论与展望

食品生命周期碳排放评价是一项非常复杂的工作。本文基于可持续发展思路，利用LCA理论和方法，对食品原料的生产、食品加工销售、食用、废物处置等阶段的碳排放源进行了分析，明确了低碳食品的内涵，提出了食品生命周期碳排放评价范围、评价对象、评价功能单位，并初步分析食品生命周期碳排放数据的收集和食品生命周期碳排放的计算。由于我国在食品的原料选择和再加工过程中工艺种类繁多，再加之食品消费阶段多样性以及废物回收与处置的复杂性，都给食品生命周期的碳排放定量化工作带来一定的难度，但随着各类数据的收集与积累，食品生命周期的碳排放评价工作将越来越规范化和程序化。我们相信，通过开展食品碳排放评价将为我国食品工业带来更好的综合效益，为我国食品可持续发展贡献力量。

［1］刘妍.浅析啤酒全生命周期中的清洁生产机会［J］.环境科学管理，2008，33(9):186-190.

［2］王新杰，曹武军.产品生命周期评价体系研究［J］.郑州轻工业学院学报，2003，18(2):35-38.

［3］任辉，曹利江，付佳，等.我国食品生命周期评价体系初探［J］.农业技术经济，2005(4):24-28.

［4］张智慧，尚春静，钱坤.建筑生命周期碳排放评价［J］.建筑经济，2010(2):44-46.

［5］杨建新，王如松.生命周期评价的回顾与展望［J］.环境科学进展，1998，6(2):21-27.

［6］Consoli F，Allen D，Bousted I，et al.Guidelines for life-cycle assessment:a code of practice［M］.SETAC Pensacola FL，1993.

［7］Tomas Ekvall.Allocation in ISO 14041-a critical review［J］.2001(9):197-208.

［8］任辉，阳印生，曹利江.啤酒生产生命周期评价研究［J］.农业机械学报，2006(2):80-83.

［9］PAS 2050:2008:Specification for the assessment of the life cycle greenhouse gas emissions of goods and services［S］. BSI，2008.

［10］BG Ridoutt，S J Eady，J Sellahewa，et al.Water footprinting at the product brand leve:case study and future challenges［J］. Journal of Cleaner Production，2009，17:1228-1235.

Study on carbon emission assessment of food life cycle

MA Ai-jin1，ZHAO Hai-zhen2
(1.China National Institute of Standardization，Beijing 100088，China;2.Appraisal Center for Environment and Engineering，State Environmental Protection Administration of China，Beijing 100012，China)

Based on the theory of life cycle assessment(LCA)，a list analysis on the food carbon emission of the stages of raw material，production，consumption，and disposition was made.Furthermore，the framework and approach of calculating the food carbon emission was also developed.

food life cycle;carbon emission;assessment

TS201.2

A

1002-0306(2011)09-0461-03

2010-08-24

马爱进(1975-)，男，副研究员，主要从事食品质量安全标准、食品接触材料评价、食品流通等研究。