基于产品碳足迹的秸秆家具绿色评价方法研究

刘 玮，申黎明

LIU Wei, SHEN Li-ming

（南京林业大学 家具与工业设计学院，南京 210037）

0 引言

秸秆家具是以秸秆人造板为主要材料，设计制造的家具产品。我国是农业大国，每年产生的农作物秸秆总量可达7亿吨，秸秆中富含矿物质、粗纤维和木质素，是一种理想的木材原料替代品，其综合利用作为缓解我国森林资源短缺、木材供应紧张的主要途径之一[1]，在实际应用中已显现出巨大的环境效益、社会效益与经济效益。因木材资源紧张而衍生出的秸秆家具是否满足家具产品的“绿色要求”和环境目标，需对其进行科学的分析与评价，对秸秆家具的绿色评价是涉及多学科内容和诸多过程数据的复杂过程，需在总体评价原则与框架的基础上，选择合适的评价方法对其进行环境与效能评价分析。常用于评价的各类方法有：加权平均法、成本效益法、价值分析法、模糊评价法、层次分析法(AHP法)等[2]。碳足迹分析法是近年来国际社会正在开展深入研究的一种绿色评价方法，它从全局的视角评价产品整个生命周期的环境足迹，其计算指标与环境更具直接相关性，为低碳环保、绿色设计提供科学技术依据。

1 碳足迹及秸秆家具产品碳足迹评价的必要性

1.1 碳足迹的概念及其评价标准

“碳足迹”(Carbon Footprint，CF)指的是一项活动或者产品在整个生命周期中直接或间接产生的温室气体排放量，通常包含四个层面：个人碳足迹、产品碳足迹、企业碳足迹和国家/城市碳足迹。“产品碳足迹”是指某个产品在其整个生命周期内的各种GHG（Greenhouse Gas）排放，即从原材料一直到生产（或提供服务）、分销、使用和处置/再生利用等所有阶段的GHG排放。产品碳足迹通过量化的方法揭示了终端产品的绿色属性及对于全球气候变化的影响。

目前国际上出台的碳足迹评价标准主要有：针对企业的GHG Protocol、ISO14064标准；针对产品的PAS 2050、TS Q 0010标准等。目前已有的产品碳足迹评价案例大部分采用英国标准协会（BSI）2008 年出版的PAS2050及其指导文件为评价标准[3]。

1.2 秸秆家具产品碳足迹评价的必要性

秸秆家具是在满足家具的功能、结构、性能要求的基础上，以秸秆人造板全部或部分替代实木或木质人造板等传统木质材料的家具产品。秸秆人造板以秸秆为原料，以异氰酸酯(MDI)树脂为胶粘剂[4]，其常规力学性能、防水性、剖面密度、机械加工性能、贴面及涂饰性等均十分优异，且无甲醛释放，是一种绿色、环保、无污染的新材料，是木质人造板理想的替代材料。秸秆家具的制造技术工艺与木质家具基本相同，家具企业利用现有设备，即可生产出秸秆家具。在满足相同性能要求的前提下，秸秆家具在充分利用可再生秸秆资源、缓解木材供应紧张，无醛环保等方面无疑具有非常显著的绿色属性。但产品对环境的真实影响仅仅从某一方面是无法全面概括的。因此，创建以产品生命周期评估（LAC）为依据的绿色设计与评价规范，从真正意义上比较不同家具产品及其材料来源的环境足迹，为提高家具产品的绿色环境属性提供可行的建议，是一项具有重要现实意义的研究工作。

2 秸秆家具产品碳足迹评价的启动

2.1 秸秆家具产品碳足迹评价目标的设定

不同家具产品均可采用碳足迹评价法进行环境评估。确定秸秆家具产品碳足迹，通过在各类家具产品之间采用保持一致的数据源、边界条件和其它假设，对它们的碳足迹差异进行比较分析，可从原料选择、设计制造、使用回收等多角度提出设计对策，减少GHG排放，从而提高家具产品的环境效益。

2.2 确定产品功能单位

在计算产品碳足迹时，确定功能单位是一个非常重要的步骤。功能单位是某一特定产品的一个有意义的数量，一般需要能反映出该产品被最终用户实际消费的方式和单位，它提供了比较的基础。秸秆家具产品碳足迹评价的功能单位可确定为：某型号秸秆家具1件。

2.3 供应商参与

产品碳足迹评价需要供应商、经销商、运输等人员的参与，这对于了解产品的生命周期以及收集数据至关重要。通常情况下，产品的制造企业完全了解自己的生产过程；但是，在公司边界以外的地方，对过程、材料、能量需求和废物的了解却往往有很大的不同。秸秆家具产品碳足迹分析具体需要秸秆人造板制造企业、物流企业、家具卖场等参与。

3 秸秆家具产品碳足迹的计算

3.1 绘制产品生命周期过程图

过程图是产品碳足迹计算过程中十分重要的工具，它提供计算的起点，指导收集数据和计算碳足迹的图示参考。秸秆家具采用商业-到-消费者（B2C）的商品评价模式，过程图步骤包括从原材料，通过制造、分销和零售，到消费者使用，以及最终处置和再生利用，如图1所示。

图1 秸秆家具产品生命周期过程图

3.2 确定产品碳足迹评价系统边界

定义系统边界的目的是确定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。确定系统边界的关键原则是列入产品在生产、使用并处置或再生利用的过程中直接或间接产生的所有的“实质性”排放。确定一个排放源是否可能是实质性的，可通过估值、搜索同类产品LCA研究报告和行业协会公布的数据等方式确定。对于秸秆家具产品的碳足迹评价系统边界可确定为：

1）秸秆板生产制造。

2）各阶段运输（秸秆及胶黏剂运输、秸秆板生产废料运输、秸秆板运输、家具制造其他材料运输、家具制造余料运输、秸秆家具运输）。

3）秸秆家具制造（秸秆家具制造、秸秆家具包装）。

4）秸秆家具销售。

5）生产余料及秸秆家具用弃回收处置。

3.3 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。活动水平数据是指产品生命周期中涉及到的所有材料和能源。在秸秆家具产品生命周期中，物料输入和输出、能源使用、运输等活动水平数据可由供应链直接测量（初级活动水平数据）或通过同类过程平均或通用测量（次级数据）得到。初级活动水平数据的使用可有针对性得对某产品或某企业提高环境效益提供具体依据。次级数据在对某行业或某类型产品碳足迹评价的一致性和可比性方面则更为可取。排放因子是将活动水平数据转换成温室气体排放量的数学关系。如：根据国家发改委应对气候变化司2009年公布的数据，我国电力排放因子为1kWh电力排放CO2当量0.8825 kg ～1.1293kg。

收集初级活动水平数据时可根据需要建立各阶段相应的数据收集模板，明确所需数据的关键点与获得方式，如表1所示。将收集得到的数据整理成数据库，以便调用。

表1 秸秆板生产制造初级数据收集模板

3.4 碳足迹计算

碳足迹计算通常需要“质量平衡”，即确保定义在秸秆家具产品碳足迹评价系统边界内的输入、输出和废物流均被计入。每个子系统碳排放的计算公式如式(1)所示。

i=1,2,…,5，代表上文秸秆家具碳足迹评价系统边界中定义的五个范畴；

D:活动水平数据；

β:排放因子。

计算时可根据产品生命周期过程图对纳入系统边界的每个子系统进行编号，再逐步计算每项活动。例如，秸秆运输的排放量计算如图2所示。

计算出每个子系统的排放量之后，还应考虑秸秆家具产品生命周期内存储的所有碳。由植物碳为原材料组成的产品能存储碳（如木制家具），它们在生长过程中从大气中去除GHG，在一年或一年以上的时间内，植物可从大气中清除50%以上植物部分加工制造过程中产生的碳排放。秸秆家具是典型的以植物碳原材料为主要组成的产品，其碳存储值在计算时予以充分考虑。因此，秸秆家具碳足迹C的计算公式为：

图2 秸秆运输碳足迹计算图

S: 秸秆家具生命周期内碳存储量。

3.5 碳足迹不确定性检查

秸秆家具产品碳足迹计算是一项过程复杂、数据庞大的工作，其数据采集及计算过程具有较多不确定。通过检查，使产品碳足迹计算中的不确定性最小化，有助于优化产品碳足迹计算结果，提高碳足迹比较结果的可用度，提升家具产品绿色设计与制造的水平。减少不确定性来源的方法主要有：1）不断优化产品碳足迹计算模型，细化计算过程；2）合理选择数据种类，提高数据采集质量；3）聘请秸秆人造板制造及家具设计与制造的专家对碳足迹进行评审或认证。

4 秸秆家具产品碳足迹评价后续内容

通过秸秆家具产品碳足迹的计算，家具研发制造企业可更直观、全面得掌握产品生命周期各阶段GHG排放的主要来源，从而更有针对性地探索家具绿色设计与制造的方法。同时，秸秆家具产品的相关碳足迹信息还应向消费者、行业协会、供应链伙伴、媒体、政府、投资者等公开发布，用直观的产品碳足迹数据推动舆论与公众对绿色设计、低碳生活的关注与实践。

5 结束语

秸秆家具在绿色设计层面的核心思想与实现途径是变废为宝的生物质原材料的利用和趋于同质化的家具制造工艺。这种基于原材料的绿色设计，其综合绿色性能究竟如何？秸秆家具相比较于其他材料家具是否真正具有环境优势？这些问题都有赖于通过客观、全面的评价体系与方法来完成。产品碳足迹评价法提供了一种基于产品全生命周期的碳排放量化评价方法，对其在秸秆家具领域的实际应用进行评价过程、具体步骤、数据采集方式、计算方式等前期基础研究，可为后期的碳足迹实际计算提供相关的理论依据。在全球倡导低碳经济、可持续发展的今天，将产品碳足迹方法引入绿色家具评价体系，无疑具有重要的理论价值与现实意义。

[1]周定国,张洋.我国农作物秸秆材料产业的形成与发展[J].木材工业,2007,(1):5-8.

[2]吴智慧.绿色家具的评价体系与评价方法[J].木材工业,2008,(5):29-32.

[3]蒋婷.碳足迹评价标准概述[J].信息技术与标准化,2010,(11):15-18.

[4]GB/T 21723-2008,麦(稻)秸秆刨花板[S].