碳足迹评价及其在造纸行业的应用

2011-11-21马倩倩卢宝荣张清文

中国造纸 2011年11期

关键词：足迹生命周期温室

马倩倩卢宝荣张清文

(中国制浆造纸研究院，北京，100061)

碳足迹评价及其在造纸行业的应用

马倩倩卢宝荣张清文

(中国制浆造纸研究院，北京，100061)

介绍了碳足迹的概念及其起源，并对碳足迹评价体系作了系统介绍，最后对碳足迹评价在造纸行业的应用进行了探讨。

碳足迹;评价体系;造纸行业

随着社会的发展，科技的进步，人类在改造自然和发展经济方面取得了辉煌的业绩，但在高度发达的世界经济文明中也存在着不文明的负面影响。人类活动向大气排放的温室气体的量持续增加，由此引发的温室效应导致全球气候变暖就是典型例子。全球气候变暖给人类的生存带来了威胁，作为全球气候变暖的重要原因，温室气体的排放已经引起各国政府及公众的重视。过去，造纸工业曾是传统制造业中能耗较大、环境污染较重的行业之一，我国造纸工业发展的起点较低，“高耗能、高排放、高污染、低效率”曾是我国造纸行业存在的较普遍的问题。造纸产业单位产品能源消耗为1.2 t标煤/t纸，高于世界平均水平［1］。虽然几经努力，这种局面在一定程度上得到了改善，但是我国造纸行业资源、能源消耗依然较高。造纸产业作为经济发展中不可或缺的产业，要使其走上低碳之路，仍需继续努力。

1 “碳足迹”的概念及其起源

“碳足迹”的概念来源于“生态足迹”，主要是指人类在生产和消费过程中排放的与气候变化有关的气体总量［2］。到目前为止，碳足迹还没有准确的、学术性的定义。各国学者对其有不同的认识和理解。WRI(世界资源研究所)/WBCSD(世界可持续发展工商理事会)将碳足迹定义为3个层面:第一层面是来自机构自身的直接碳排放;第二层面将边界扩大到为该机构提供能源的部门的直接碳排放;第三层面包括供应链全生命周期的直接和间接碳排放［3］。在碳基金公司 (Carbon Trust)的定义中，碳足迹是衡量某一种产品在其全生命周期中 (原材料开采、加工及废弃产品的处理)所排放的CO2以及其他温室气体转化的CO2的总量［4］。Carolyn C.等认为碳足迹一方面为某一产品或服务系统在其全生命周期所排放的CO2的总量，另一方面为某一活动过程中所直接和间接排放的CO2总量，活动的主题包括个人、组织、政府以及工业部门等［5］。在以上各定义中，以Wiedmann与Minx对碳足迹的定义较为全面，但是该定义中的碳足迹仅指CO2的排放量，而没有衡量其他温室气体对于气候变化的影响。根据研究，其他的温室气体如CH4、N2O虽然排放量较少，但是其对气候变化的影响也是不可忽视的。因此，综合以上定义，应将碳足迹评价的范畴进一步扩大到其他温室气体，即碳足迹是某一产品或服务系统在其全生命周期内的温室气体排放总量，或活动主体 (包括个人、组织、部门等)在某一活动过程中直接和间接的温室气体排放总量，最终以CO2总量来表示［6］。

2 碳足迹评价体系

2.1 碳足迹的分类

2.1.1 第一碳足迹和第二碳足迹［7］

按生产方式或重要性程度，可将碳足迹分为第一碳足迹和第二碳足迹。

(1)第一碳足迹也称主要碳足迹、直接碳足迹，指燃料燃烧和交通运输 (例如:汽车、飞机)过程中的化石燃料燃烧所直接排放的CO2以及其他温室气体转化成CO2的总量。这是需要直接加以控制的。

(2)第二碳足迹也称次要碳足迹、间接碳足迹，指人类所使用的某个产品或某项服务在生产、使用、维修、回收、销毁等整个生命周期内，释放出的CO2及其他温室气体转化成CO2的总量。

2.1.2 个人碳足迹、产品碳足迹、企业碳足迹和国家碳足迹

按应用层次类型可将碳足迹分为个人碳足迹、产品碳足迹、企业碳足迹和国家碳足迹。

(1)个人碳足迹是指每个人在日常生活中因衣、食、住、行直接或间接排放的CO2及其他温室气体量，最终以CO2总量来表示［8］。

(2)产品碳足迹是指某个产品在其整个生命周期内的各种温室气体排放，即从原料的开采一直到生产 (或提供服务)、分销、使用和处置 (包括焚烧、填埋和回收利用3种方式)等所有阶段的温室气体排放，最终以CO2的量表示［9］。

(3)企业碳足迹与产品碳足迹相比，还包括非生产性活动，如相关投资、企业管理等的碳排放量，也是企业碳足迹所需计算的范围。计算企业碳足迹可为企业的决策提供依据。企业碳足迹评价通常又被称为碳盘查，是指在定义的空间和时间边界内进行碳足迹量化的过程。碳盘查的结果可以是只关注温室气体排放源和信息的碳排放清单，也可以是一份完整的碳盘查报告用以公开碳排放［10］。

(4)国家碳足迹应着眼于整个国家的总体物质与能源的耗用所产生的温室气体的排放量，并着眼于“间接”与“直接”、“进口”与“出口”所造成排放量差异的分析，以监视国际贸易引起的碳足迹区际转移与责任区域扩散等［6］。

2.2 产品碳足迹的计算［9，11］

产品碳足迹计算通常采用过程分析法。过程分析法以生命周期评价为方法论，依据产品的输入和输出数据以及碳排放因子计算产品的碳足迹。具体步骤如下所述。

(1)绘制产品生命周期流程图

这一步骤的目的是确定对产品生产有贡献的原材料、活动和过程。为了绘制一个产品的过程图，首先要通过大量内部的专业知识和现有的数据，把所选产品的功能单位分解为各个组成部分 (如原材料、包装等)。产品规格或材料单是一个很好的起点，首先着眼于重要的输入，然后确定各自的输入、制造过程、储存条件和运输要求。流程图有两类:

①商业-消费者 (B2C) 在计算B2C产品的碳足迹时，典型的流程图包括如下步骤:原材料的开采、产品的生产、分销和零售、产品的使用及处置。

②商业-商业 (B2B) B2B产品的碳足迹停留在该产品被提供给另一个制造商的节点上。因此，B2B商品的生命周期只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。它不包括额外的生产步骤、最终的产品分销、零售、消费者使用以及处置。

(2)确定系统边界

作为碳足迹评价的第二步，系统边界的确定较为复杂。系统边界决定在生命周期评价中应包括哪些单元。因此要根据所要研究的对象并参考ISO14025中概述的产品种类规则 (PCR)对系统的边界加以界定。

系统边界确定的关键原则是列入所有的“实质性”排放 (超过该生命周期预期排放总量1%的任一来源的排放)，即选定的商品或服务在生产、使用并处置的过程中直接或间接产生的排放。根据《商品和服务全生命周期内温室气体排放评价规范》 (简写为《PAS2050规范》)，可使非实质性排放排除在外，即占排放总量不到1%的任何单一来源。但是，非实质性排放源的总的比例不得超过整个产品碳足迹的5%。

(3)收集数据

数据的收集应从源头开始，根据初步收集的数据和评估，找出不太可能产生实质性温室气体排放的步骤，对这些领域数据的收集应给予较低的优先地位。随着对重点和非重点的深入了解，下一步就是收集针对产品碳足迹方面更为详细的数据。

计算产品的碳足迹通常需要两类数据:活动水平数据和碳排放因子。活动水平数据是指产品生命周期中涉及到的所有材料和能源 (物料输入和输出、能源使用、运输等)方面的数据;碳排放因子是指单位物质或能量所排放的温室气体的量，最终以CO2总量表示。

这两类数据可来自初级活动水平数据或次级活动水平数据。初级活动水平数据是指针对具体产品生命周期由内部或者由供应链中别人所做的直接测量得到的数据;次级活动水平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数据，如行业协会的报告或汇总数据。

一般情况下，尽可能使用初级活动水平数据，因为这类数据可以使人更好地了解实际排放情况，并有助于找到提高效率的真正机会。

(4)计算碳足迹

一般在计算碳足迹之前需要建立质量平衡方程，以确保物质的输入、累积和输出达到平衡，即输入=累积+输出。然后根据质量平衡方程，计算产品生命周期各阶段的碳足迹排放。产品碳足迹计算公式是产品整个生命周期中所有活动的所有材料、能源和废物的活动水平数据乘以其碳排放因子之和。

(5)加权

根据《PAS2050规范》，对各种产品生命周期内的温室气体排放影响进行评价时，应评价该产品形成后100年内排放的温室气体的影响 (即评价期为100年)。当使用阶段和最后处置阶段产生的所有温室气体排放发生在产品形成后1年之内时，这些排放应按100年评价期开始时的单一排放进行处理;当使用阶段和最后处置阶段产生的排放超过1年以上时，则应使用一个系数表示100年评价期内大气中现存排放的加权平均时间。加权系数根据式 (1)计算:

式中，i为发生排放的第i年;Xi为第i年排放量占总排放量的比例。

2.2.6 不确定性检查

对产品碳足迹的不确定性分析是一种对精度的衡量。这一步骤的目的是衡量碳足迹结果中的不确定性并使其最小化，提高碳足迹比较结果的可信度，以及提高基于碳足迹的决策水平。另外，根据不确定性分析，可以判定数据收集的重点和非重点。如果通报结果，不确定性分析还可以向公众提供有关碳足迹的确凿性信息。

过程分析法是计算产品碳足迹的一种全面的、合理的方法，但其也有不足之处［6］。

(1)由于该方法允许在无法获知原始数据的情况下采用次级数据，因此可能会影响到碳足迹分析结果的可信度。

(2)碳足迹分析没有对原材料生产以及产品供应链中的非重要环节进行更深入思考。

(3)因无法具体获悉产品在各自零售过程中的碳排放，所以零售阶段的碳排放只能取平均值。

2.3 企业碳足迹的计算

结合生命周期评价方法，企业碳足迹评价的基本步骤如下［10，12］。

2.3.1 定义企业的系统边界

系统边界主要是从企业集团的角度着眼，涵盖旗下子公司、转投资公司、合资企业等各项拥有公司权益的独立法人或非法人机构，并确定企业拥有哪些生产设施、办公设施和场所等。

2.3.2 定义直接和间接的能源消耗来源

《温室气体议定书》中将企业碳足迹排放源分为3个范围 (ISO14064分类与此类似)。

(1)范围1:直接温室气体排放。直接温室气体排放出现在公司持有或控制的排放源，例如公司持有或控制的锅炉、熔炉、车辆等产生的燃烧排放;持有或控制的工艺设备生产化学品所产生的排放等。

(2)范围2:电力直接温室气体排放。公司消耗的采购电力产生的温室气体排放。采购电力的定义是通过采购或其他方式进入公司组织边界的电力。范围2的排放实际上出现在电力生产设施。

(3)范围3:其他间接温室气体排放。是公司活动的结果，但不是由公司持有或控制的排放源。例如提炼和生产采购的原料、运输采购的燃料以及使用出售的产品和服务。

2.3.3 量化直接和间接的能源消耗

通常情况下，建议企业至少对直接排放 (范围1)和使用电力造成的间接排放 (范围2)进行核算，这也是大多数国际温室气体排放报告倡议的要求。其他间接排放 (范围3)也可包括在内，例如商务旅行、员工上下班以及货物运输所引起的排放量。虽然核算范围3的排放方法比较复杂，但企业可以通过了解范围3的排放广泛了解不同的业务联系，发现存在于企业直接业务上下游的大幅减少温室气体排放的可行机会，减少由于自身业务活动所带来的温室气体排放，从而实现整个供应链的温室气体减排。

2.3.4 选定基准年

确定基准年，将盘查的某年的排放量与之相比较。如果企业内部结构发生变化，基准年数据必须重新计算。

2.3.5 确认与计算温室气体排放量

根据步骤2.3.3中收集的能源消耗数据和碳排放因子计算排放量。碳足迹计算的基本公式为:

某个特定活动的碳足迹=活动数据×碳排放因子

该方法是碳足迹计算常用的方法。收集高质量的活动数据和选择合适的碳排放因子可以提高碳足迹计算的准确性。

3 碳足迹评价的意义

碳足迹的计算对碳减排有着重要的指导意义。

(1)对于企业而言，确定碳足迹是减少碳排放行为的第一步，它能帮助企业辨识自己在产品生命周期中主要的温室气体排放过程，以利于制定有效的碳减排方案。另外，企业通过产品碳足迹分析，可以改善内部运营、节能减排、节省成本，还可以作为一项营销策略帮助企业获得竞争优势。此外也是满足市场需求、促进沟通的有效途径［13］。

(2)对于公众而言，碳足迹更注重从个体的角度看待碳减排，有意让公众认识到减少碳排放量不仅仅是政府、企业等组织的行为，更是每个公民的责任。通过碳足迹计算器等工具，可有效地引导公众自发地进行碳减排，自觉抵制“高碳足迹”产品，鼓励人们养成高效节制的低碳生活方式和环保的生活习惯［14］。

4 碳足迹评价现状及在造纸行业的应用

4.1 国外碳足迹评价现状及在造纸行业的应用

在国外，碳足迹已经不再是一个陌生的名词，英国、美国等国家都已相继开展了碳足迹评价的相关研究。世界可持续发展工商理事会 (WBCSD)和世界资源研究所 (WRI)于2002年正式公告了《温室气体议定书》，宗旨是制定国际认可的企业温室气体核算与报告准则并推广其应用;2006年3月，国际标准化组织 (ISO)发布了ISO14064标准。ISO14064:2006是一个由3部分组成的标准，其中包括一套温室气体 (Greenhouse Gas，GHG)计算和验证准则［12］;2008年10月，英国标准协会 (BSI)、碳基金公司和英国环境、食品与农村事务部 (Defra)联合发布了一项公众可获得的规范:《商品和服务在生命周期内的温室气体排放评价规范》。企业可利用该规范对其产品和服务在整个生命周期内 (从原材料的获取，到生产、销售、使用和废弃后的处理)的碳足迹进行评估，从而在应对气候变化方面发挥更大的作用。该规范的宗旨是帮助企业在管理自身生产过程中所形成的温室气体排放量的同时，寻找在产品设计、生产和供应等过程中降低温室气体排放的机会［15］。

随着碳足迹评价的兴起以及评价标准的日趋完善、成熟，碳足迹评价也逐渐被引入造纸行业。欧洲造纸工业联邦委员会为欧洲纸和纸板产品的碳足迹评价制定了一个体系，该体系包括了纸和纸板产品的碳足迹定义、碳足迹评价的系统边界以及计算方法［16］;J.Singh和R.Kisch等人研究表明，改变瓦楞纸箱的设计可以减小碳足迹，其将3种不同设计的瓦楞纸箱与现今使用的瓦楞纸箱相比，结果表明，3种不同设计的瓦楞纸箱可以节省原料14% ～22%，因此减少了能源的使用和温室气体的排放，并且废水和固体废弃物的排放也相应减少［17］;北美造纸巨头Verso纸业公司做的生命周期分析显示，二次纤维的使用根本没有改变碳足迹，而在另外的研究中他们发现，二次纤维的使用反而增加了碳排放，其总裁Liska表示:二次纤维最好用于箱纸板或纸板中，因为其对白度没有要求，二次纤维中的污染物可以不去除，从而减少了洗浆、脱墨等工艺流程，降低碳足迹;Jim Ford将Cascade公司用100%废纸生产纸产品温室气体排放量与北美用100%废纸和用100%原生纤维浆生产的纸产品的温室气体排放量相比较，3种纸产品的温室气体排放量分别为270.4、1791.1和4245.2 kg CO2/t纸。与用100%原生纤维浆造纸温室气体排放量相比，用100%废纸造纸温室气体排放少的原因是:废纸回收利用避免了填埋，填埋处理会产生强致暖温室气体甲烷;废纸造纸消耗的能源和化学品相对较少，因此可以降低温室气体排放;用原生纤维浆造纸相当于减少了生态系统的碳存储，并且将森林固定的碳通过产品最终转移到大气中［18］;对于废纸制浆造纸的碳足迹，Verso纸业公司和Jim Ford得出的结论是相反的。二次纤维的利用究竟是减少碳足迹还是增加碳足迹，取决于工厂的实际情况，不能一概而论地评价二次纤维使用的好坏。RAN(Rainforest Action Network)和JATAN(Japan Tropical Forest Action Network)两个机构对APP(印度尼西亚)的8家浆纸厂的2006年的碳足迹进行了核算，单位纸产品碳排放为16～21 t CO2/t纸，与北美平均估算值 (使用原生纤维浆造纸时，单位纸产品碳排放为4.2 t CO2/t纸;使用100%二次纤维造纸时，单位纸产品碳排放为1.8 t CO2/t纸)形成了鲜明的对比。核算范围包括了土地利用变化产生的碳排放、枯木腐烂产生的碳排放、泥炭土腐烂产生的碳排放、木材原料进入浆厂前因其他原因产生的碳排放、制浆和造纸过程中产生的碳排放以及森林固碳。另外，核算结果也指出不包括土地利用变化产生的碳排放时，吨纸产品的碳排放只有0.03 t CO［19］2。

4.2 我国碳足迹评价现状及在造纸行业的应用

造纸工业的产业链广，涉及林业、农业、能源、土地资源、化学工业、环境、交通运输等方面。在评价造纸工业碳足迹时需要以上各方面的碳足迹数据。目前国际和发达国家建立了较完善的基础数据库，如国际参考生命周期数据系统 (ILCD)、欧盟LCA数据库清单、芬兰KCL EcoData、丹麦及德国National LCI Databases、欧洲瓦楞纸箱制造商联合会 FEFCO2006“European Database for Corrugated Board Life Cycle Studies”等，这些数据为造纸产品碳足迹评价提供了充分的技术支持。而我国碳足迹评价的基础数据库还未建立，在进行造纸产品碳足迹评价时需要通过各种途径来收集所需的基础数据，影响了结果的可靠性。

在我国，碳足迹评价研究虽然起步较晚，但是随着国家对环境问题的高度重视，碳足迹评价研究也相继开展起来。2009年6月，中国标准化研究院发布了《商品和服务在生命周期内温室气体的排放评价规范》的中文版，其对我国企业碳足迹估算起到了促进作用。但是我国还没有制定碳足迹评价的相关标准。虽然目前已有企业接受碳足迹评价，但是碳足迹评价在国内远未普及。关于碳足迹评价在造纸行业的研究也十分少，目前仅APP(中国)集团对其下属的企业进行了碳足迹评估。评估范围覆盖整个“林浆纸”产业链，并涉及原材料、能源需求、制造过程、车辆油耗、废物处理、员工生活等所有运营环节［20］，但评价结果尚未公开。这表明我国造纸行业碳足迹的评估尚处于起步阶段，需要进一步开展相关的研究工作。

长期以来，造纸工业污染大、能耗高，面临着环境和资源的巨大压力，制约了造纸产业绿色发展。我国造纸产业发展的基本原则是“循环发展，就是要将造纸产业可循环发展的特点发挥出来，发展绿色低碳经济，使产业发展具有可持续性”［21］。但是目前碳足迹评价在我国造纸行业还没有引起广泛的关注，造纸工业的碳足迹还缺乏数据支持。为了实现造纸产业的可持续发展，有必要将碳足迹评价作为一种新的环境管理方法引入造纸行业。结合生命周期评价方法对造纸产品从原料生长和采伐、制浆、造纸、纸产品的销售、使用、运输以及最终处理，即纸产品从摇篮到坟墓的全生命周期的温室气体排放进行评价，识别温室气体排放较多的阶段，以利于制定有效的碳减排方案。在方案制定过程中，根据碳足迹的分析结果，还可以预测拟采用的减排措施会对目前的温室气体排放情况的影响，从而实现对不同拟减排措施的择优与改进。通过对造纸产品的碳足迹评价分析，还可以为造纸产业政策的制定、节能减排、纤维原料的合理利用提供依据和支持。

5 展望及建议

碳足迹评价在造纸行业的研究应用虽然才刚刚起步，但是可以相信在不久的将来，碳足迹作为一种新的环境管理方法在造纸行业的应用会日渐增多，发展也会日趋成熟，从而进一步促进造纸行业节能减排，引导造纸工业走上低碳的可持续发展之路。为了我国低碳造纸工业的构建和发展，应努力做到以下几点:

(1)大力提倡林浆纸一体化工程发展木浆生产。国际经验证明，造纸企业拥有自营林地，按计划采伐更新，维持林木有增无减，既能保证原料需求，也能为增加低碳技术的碳汇作贡献，从而实现林业、纸业与自然生态的和谐统一［22］。

(2)应用低碳经济和循环经济学原理与物料、能量、碳综合衡算方法，重新审视草类制浆，特别是农业废弃物 (稻草、麦草、蔗渣等)制浆的利弊。我国有丰富的稻麦草原料，这些农业废弃物已成为碳排放源之一。通过研发相关技术，适当发展草类制浆，一方面可以缓解我国造纸原料供应不足的压力;另一方面，还有利于提高农业收入和碳存储，增加碳汇，减少碳排放，促进造纸工业的发展［23］。

(3)鼓励企业采用先进节能技术，改造、淘汰能耗高、污染严重的装备，充分发挥制浆造纸适宜热电联产的有利条件，提高能源综合利用效率［24］。

(4)重视制浆造纸生产中生物质剩余物 (树皮、木屑、黑液、污泥、沼气等)能源的利用，研究和开发该种能源的高效转化和利用技术，增大生物质能源替代化石能源的比例，减少温室气体的排放［25］。

(5)加大废纸回收利用的力度，用废纸作为原料，不仅节省了纤维资源，降低了能源消耗，还能延迟碳排放。因此，增建先进的废纸制浆设施，用于扩充企业总产能或替代原有部分原生浆，是有力的节能减排措施［26］。

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Carbon Footprint Assessment and Its Application in Pulp and Paper Industry

MA Qian-qian*LU Bao-rong ZHANG Qing-wen
(China National Pulp and Paper Research Institute，Beijing，100061)
(*E-mail:maqianqian86@yeah．net)

Carbon footprint assessment of products is one of the steps of reducing Greenhouse Gas(GHG)emission．The origin and concept of carbon footprint are introduced in this paper，carbon footprint assessment system is also introduced systematically．The application of carbon footprint assessment in pulp and paper industry is discussed at last．

carbon footprint;assessment system;pulp and paper industry