100%OCC生产的箱纸板碳足迹评价

张清文 陈 曦

(中国制浆造纸研究院，北京，100102)

人类的活动以及对自然资源如化石燃烧的利用排放了大量的温室气体 (GHG)，由此引发的温室效应导致全球气候变暖。气候变化已被确定为未来几十年各个国家、政府、商业界和居民所面临的最大挑战之一[1］。当前我国造纸企业是高能耗企业，而且大多数企业消耗的能量是由化石燃料燃烧获得的，我国造纸工业的能耗水平与国际先进水平相比仍有相当的差距。造纸工业面临着节能减排的巨大压力，发展低碳造纸、推行清洁生产是造纸工业发展的必由之路。

在造纸行业开展碳足迹评价，有助于准确掌握造纸行业温室气体排放水平，识别减排的机会。碳足迹评价既可用于行业碳足迹评价，也可用于制浆造纸企业或者产品碳足迹评价。在发达国家已广泛开展碳足迹评价研究，一些国家的行业协会、制浆造纸企业定期公布碳足迹数据。美国林纸协会 (AF＆PA)[2］公布2008年其成员生产工厂直接和间接温室气体排放为6450万t，比2000年下降了26.7%，废纸回收利用及减少填埋产生的避免排放为2100万～2400万t，填埋气的回收利用产生的避免排放为2020万t。加拿大空气和河流改进委员会 (Ncasi-Canada)[3］公布加拿大林产业在2005年制浆造纸工厂燃料消耗GHG直接排放为810万t，购买电力间接排放为940万t，纸和纸板后加工燃料消耗GHG直接排放为500万t，购买电力间接排放为500万t。2007年9月，欧洲造纸工业联合会 (CEPI)[4］发布了 ENV-148-07纸和纸板产品碳足迹评价框架，用于指导造纸行业开展产品碳足迹评价。许多企业为展示在环境责任或企业责任方面的领导作用，依据该文件进行了产品碳足迹评价并公布评价数据。芬兰VTT技术研究中心[5］按照生命周期评价 (LCA)方法，评价商品针叶木浆GHG排放为271 kgCO2e，碳存储为－3309 kgCO2e。芬兰制浆企业 Botnia公司[6］按照 CEPI ENV-148-07评价GHG排放为131 kgCO2e/t(风干)，产品碳存储为－1650 kgCO2e/t(风干)。UPM 公司[7］报告 2011 年其漂白针叶木浆GHG排放为240 kgCO2e/t(风干)，产品碳存储为－3200 kgCO2e/t(风干)。还有一些机构对不同原料生产的产品或不同国家生产的同一品种产品进行碳足迹比较，Norske Skog公司[8］对原生浆与回用纤维浆碳足迹进行了比较，原生浆GHG排放为1260 kgCO2e/t(风干)，回用纤维浆GHG排放为746 kgCO2e/t(风干)。芬兰 KCL Catharina Hohenthal＆Katri Behm[9］对100%原生浆和100%回用浆生产厕用卫生纸的碳足迹进行了比较，两者GHG排放相差不大，分别为1214 kgCO2e/t(风干)和1257 kgCO2e/t。加尼福尼亚大学Robert O Vos等人[10］对中国和美国生产的涂布纸进行了碳足迹比较，结果表明中国产涂布纸温室气体排放为2478 kgCO2e/t，美国产涂布纸温室气体排放为1432 kgCO2e/t。

我国碳足迹评价尚在起步阶段，有关碳足迹评价的标准体系尚未建立，技术基础较为薄弱。针对碳足迹评价，国家科技部“十二五”科技支撑计划重点项目“碳排放和碳减排认证认可关键技术研究与示范”项目开展了对产品/服务碳足迹评价方法与技术展开系统研究，取得了一系列的研究成果，并形成了符合中国国情的产品/服务碳足迹评价方法与技术。目前造纸行业开展碳足迹评价研究工作较少。马倩倩等人[11］对造纸产品碳足迹评价进行了初步探讨。陈诚等人[12］对我国制浆造纸业能源消耗与碳排放进行了估算，2011年制浆造纸业总碳排放为149.74 Mt CO2e，吨纸CO2排放量为1543 kg CO2e。国内开展造纸产品碳足迹评价较少，也鲜见产品碳足迹评价结果公布。2008年6月，APP(中国)[13］委托Camco环境咨询公司对其公司主要活动进行了温室气体评估，但未公布其产品碳足迹数据。

本文依据PAS 2050商品和服务全生命周期的温室气体排放评价规范及CEPI纸和纸板碳足迹评价框架文件，对以100%OCC为原料生产的箱纸板进行了产品碳足迹评价，分析了生产各个过程GHG排放，评估结果对我国造纸行业碳排放核算及碳减排具有借鉴作用。

1 产品碳足迹评价方法

1.1 系统边界

箱纸板生命周期从废纸的收集开始，经过废纸制浆、箱纸板的抄造、复卷、包装入库，直至送到用户或经销商，同时还包含能源生产、化学品生产、运输等单元过程。由于箱纸板产品是下游企业生产产品的原料，形成产品后已改变了箱纸板的属性，产品的使用和使用后废弃物的处理不在本研究的系统边界内，即为“摇篮-到-大门”的方法。其中燃料开采、交通工具、基础设施的生产不在本研究范围内。

箱纸板产品系统边界包括以下过程:

(1)废纸的收集主要是指废纸在分拣站分拣、打包。

(2)废纸制浆主要为废纸碎解、筛选、洗涤、热分散、纤维分级、打浆以及废水处理等过程。

(3)箱纸板生产即为抄纸过程，主要包括配浆、成形、压榨、干燥、卷取等过程。

(4)复卷及包装过程为箱纸板产品的复卷、分切、包装。

(5)运输主要包括废纸的运输、化学品的运输、箱纸板产品运输至经销商或用户及废弃物的运输。

(6)化学品生产为制浆、抄纸过程中使用的辅助化学品的生产过程。

(7)包装材料生产是生产产品包装材料的过程。

(8)能源生产为制浆、抄纸等过程中使用的电力、蒸汽等能源的生产过程。

(9)废水处理为制浆、抄纸废水的处理。

1.2 功能单位选取

本研究选择1000 kg箱纸板产品作为功能单位。

1.3 数据收集

1.3.1 初级活动水平数据

在确定的系统边界内，箱纸板产品生命周期包括3个阶段:原料获取阶段，包括废纸、化学品、包装材料、能源、资源等的获取及运输;生产阶段，包括废纸制浆、抄纸、废水处理等过程;配送销售阶段，产品配送到一级经销商或用户的运输过程。在进行碳足迹评价时需要对这些过程的输入、输出的初级活动水平数据进行采集、统计。本研究采集了箱纸板工厂一年的活动数据，并进行分析、筛选，计算得到生产每吨箱纸板的输入、输出数据。具体数据略。

1.3.2 次级水平数据

在数据计算过程中，由于某些原因，如某个过程不在组织控制、数据调研成本过高等原因导致初级活动水平数据无法获取。对于无法获取初级活动水平数据的情况，寻求次级水平数据予以填补。例如本研究中，废纸的收集及分类、化学品生产等过程不在组织的控制范围内，过程活动数据不能通过初级活动水平数据计算的方式得到。因此，在进行碳足迹评价时采用次级活动数据。本研究中次级活动数据主要来源有ecoinvent数据库和文献资料中的数据。

1.3.3 删减原则

(1)本研究的删减原则为单一排放源占排放总量不到1%的，在生产过程中产生的碳排放不予考虑。但是，删减的排放源的总比例不得超过整个产品碳足迹的5%。

(2)PAS 2050规定资产性商品生产所产生的排放不应纳入产品生命周期内GHG排放。本研究对生产设备与建筑设施相关的生产、维护过程也不予以考虑。

1.3.4 分配原则

本研究中本着尽量避免分配的原则，在无法避免的情况下，采用相应的参数进行分配。分配方法为:①根据企业调研情况，所用废纸来源于美国、欧洲及国内，因此不同运输方式产生的排放根据废纸来源地的用量及运输方式进行分配。②生产过程中，蒸汽、电力等能源消耗的分配依据产品产量进行分配;对能源生产过程中所排放的污染物的分配，根据各单元过程的能源消耗量进行分配。

1.4 产品碳足迹计算

碳足迹计算方法为:①用活动水平数据乘以该活动的排放因子，得到各温室气体的排放量。②用上述的GHG排放量乘以相应的全球变暖潜势值(GWP)，将GHG排放量换算为CO2当量的排放。③各计算结果相加获得每个功能单位的按CO2当量表示的GHG排放量。

2 产品碳足迹的评价

根据上述计算步骤及初级活动水平数据和次级水平数据，计算得到系统边界内各单元过程的GHG排放量。

2.1 产品碳存储量的计算

箱纸板在形成产品后，加工成各种纸箱、纸盒等包装物，用于包装各种产品。当这些产品经出售或消费后，包装物便废弃。一部分通过回收利用，用于生产箱纸板，余下部分形成废弃物，通过自然降解、填埋、焚烧等方式进行处理。箱纸板在形成产品后在一定时间内产生碳存储效益，另外通过回收利用，延长了其生命周期，增加了碳存储效益。根据PAS 2050附录[1］中产品碳存储影响的加权平均值计算规定计算生物碳储存。

计算产品碳存储时做以下假设:箱纸板产品生产后的寿命为2年，2年后开始废弃，部分废弃产品通过回收进行利用。目前国内的废纸回收率为43.8%，此后每年箱纸板可利用量逐渐减少，分别为19.2%、8.4%、3.7%、1.6%，经过5次回收利用后，箱纸板完全废弃。碳储存效益的加权系数按公式(1)计算。

箱纸板碳储量计算基于以下数据:

箱纸板产品的水分含量为9%，根据IPCC[14］推荐的纸和纸板中碳含量为46%，可降解有机碳为44%，因此碳含量即为可降解有机碳含量44%。

每生产1000 kg箱纸板排放的纤维性废渣为18.8 kg(绝干)，用于瓦楞原纸抄造，也形成了产品碳存储。

由此，1000 kg箱纸板产品中固定的CO2量为:

(1000+18.8)× (1－0.09)×0.44×44/12=1495.7(kgCO2e)。

生产1000 kg箱纸板碳存储=1495.7×2.767%=41.4(kgCO2e)。

2.2 废纸收集、分类GHG排放

废纸在收集、分类过程中需进行运输、分拣、打包等过程，会产生GHG排放。

由初级活动数据统计分析得到1000 kg箱纸板需要消耗1157 kg废纸，根据ecoinvent数据库中废纸收集、分类排放因子，计算GHG排放量为139.9 kgCO2e/t。

2.3 废纸制浆过程GHG排放

废纸制浆过程GHG排放，主要源自过程所消耗的水、电、蒸汽、化学品生产等所产生的GHG排放，计算结果为345.3 kgCO2e/t。

2.4 抄纸过程GHG排放

抄纸过程GHG排放，主要源自生产过程所消耗的水、电、蒸汽、化学品及包装物生产等所产生的排放，计算结果为1111.6 kgCO2e/t。

2.5 废水处理过程GHG排放

废水经厌氧处理，便会造成CH4排放，同时产生N2O。废水处理的CO2排放因是生物成因，不予以考虑。废水及其淤渣成分，如果厌氧降解就会产生CH4。CH4的生成量主要取决于废水中可降解有机材料量、温度以及处理系统的类型。确定废水中CH4产生潜势的主要因子是废水中可降解有机材料的数量。用于测量废水有机成分的常见参数有生化需氧量(BOD)和化学需氧量 (COD)。

本研究中的废水处理过程中采用了厌氧处理，产生的CH4未收集。根据工厂提供的初级活动水平数据，进行厌氧处理前COD浓度为1500～1600 mg/L，计算时按1550 mg/L取值，每吨纸产生的废水量为10.1 m3，则 COD处理量为 15.67 kg。根据公式(2)[14］计算排放因子。

式中，EF为排放因子，单位kgCH4/kgCOD;B0为最大CH4产生能力，单位kgCH4/kgCOD;MCF为甲烷修正因子 (比例)，表示CH4产生潜势B0的范围，因此它又表明系统的厌氧程度;对于B0，本研究中采用IPCC[14］推荐值，为0.25 kgCH4/kgCOD，MCF 为0.5。

计算得到CH4排放因子为:0.25×0.5=0.13 kgCH4/kgCOD;根据公式 (3)[14］计算CH4排放量。

式中，ECH4为CH4排放量，单位kgCH4;TOW为废水中可降解有机材料总量，单位kgCOD;S为以污泥清除的有机成分，单位kgCOD;EF为排放因子，单位kgCH4/kgCOD;R为收集的CH4量，单位kgCH4。

计算得到 CH4产生量15.67×0.13=2.04 kg，为50.91 kgCO2e。由于以污泥清除的有机成分数据无法获取，这里假设为0。企业未对产生的CH4进行收集利用，因此R也为0。

源自废水排放的N2O排放量可以通过公式(4)[14］计算。

式中，N2O排放为N2O排放量，单位kgN2O;N废水为排放到水生环境废水中的氮含量，单位kgN;EF废水为源自废水的 N2O排放的排放因子，单位kgN2O-N/kgN;44/28为 kgN2O-N到kgN2O的转化;对于 EF废水，IPCC缺省因子为0.005 kgN2O-N/kgN。排放废水的氨氮浓度为0.33 mg/L，根据式 (4)计算得到处理每吨纸产生的废水N2O排放为1.37E-05 kg，相当于0.004 kgCO2e。

由上可知，废水处理产生的GHG排放为50.9 kgCO2e/t。

2.6 运输产生的GHG排放

运输过程包括原料、化学品、产品及废弃物的运输，运输工具包括轮船和汽车，根据运输数量、运输距离及运输工具对应的排放因子，计算生产1000 kg箱纸板所需的原料、产品、废弃物运输产生的GHG排放量合计为130.7 kgCO2e/t。

2.7 固体废弃物处理产生的GHG排放

生产过程中产生的固体主要有:a.铁丝、塑料、绳等混合物，由具有回收资质的公司回收，用途未知;b.砂石、玻璃等无机废弃物，外卖，用于制造建筑材料;c.含有纤维的废渣、污泥，用于抄造瓦楞原纸。

由于第a、b类废弃物用途未知，未评价其GHG排放。第c类废弃物处理GHG排放计算如下。

生产1000 kg箱纸板排放的纤维性废渣为18.8 kg(绝干)，用于瓦楞原纸抄造，吨纸耗电280 kWh，耗汽4.4 GJ，计算得到处理废弃物温室气体排放为20.2 kgCO2e/t。

3 结果及分析

3.1 按单元过程划分生命周期的计算结果

选取以1000 kg箱纸板产品为功能单位，对以OCC生产的箱纸板进行碳足迹评价，包括从废纸的收集、运输、废纸制浆、箱纸板的抄造、复卷、包装入库，直至送到一级经销商或用户，同时还包含能源生产、化学品生产、运输等单元过程，即为从“摇篮-到-大门”的方法。通过收集的初级数据和次级数据，计算得到1000 kg箱纸板产品的碳足迹结果，见表1。

生命周期各过程GHG排放量柱状图见图1，各过程所占比例见图2。

3.2 结果分析

(1)本研究按照从“摇篮-到-大门”的方法对箱纸板产品碳足迹进行了评价，包括的过程有废纸的收集及分类、废纸制浆、箱纸板的抄造、复卷、分切、包装入库，直至送到经销商或用户，同时还包含能源生产、化学品生产、运输等单元过程。生产1000 kg箱纸板GHG排放为1798.2 kgCO2e，产品碳存储为－41.4 kgCO2e。

表1 1000 kg箱纸板产品碳足迹计算结果

图1 生命周期各过程GHG排放量

图2 生命周期各阶段GHG排放量所占比例图

(2)GHG排放最大的过程是抄纸过程，占GHG排放量的61.7%;其次是废纸制浆过程，占19.2%，两者合计占总排放量的80.9%。抄纸和制浆是主要的排放过程，排放源主要来自电和蒸汽的消耗。

(3)化学品(如施胶剂、膨润土)及包装物(如纸芯)的用量很少，这些材料的生产所产生的排放合计占GHG排放的0.3%，按照删减原则，这些排放源可以舍去。化学品的运输GHG排放为4.3 kgCO2e，占GHG排放的0.2%，按照删减原则，这些排放源可以舍去。两者共计占GHG排放的0.5%。

4 结论

以生命周期评价为基础，依据PAS2050商品和服务全生命周期的温室气体 (GHG)排放评价规范及欧洲造纸工业联合会 (CEPI)纸和纸板碳足迹评价框架文件，建立了箱纸板产品碳足迹评价方法，对我国某工厂以100%OCC为原料生产的箱纸板进行了产品碳足迹评价，该生产工艺在我国的包装用纸行业具有典型性，得到了箱纸板产品生命周期各个单元过程GHG排放量。结果表明抄纸和制浆是主要的排放过程，排放源主要来自电和蒸汽的消耗，因此造纸工业提高能源利用效率、降低单位产品能耗是推行低碳造纸的必由之路。

[1]PAS 2050:2001 Specification for the assessment of the life cycle greenhouse gas emissions of goods and services[S］.PAS 2050:2008商品和服务在生命周期内的温室气体排放评价规范[S］.

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[3]Ncasi-Canada National council for air and stream improvement[R］.The greenhouse gas and carbon profile of the Canadian forest products industry special，report No.07-09，Oct.，2007.

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[8]Norske Skog Australasia.Newsprint sustainability[R］.

[9]Catharina Hohenthal＆ Katri Behm，Oy Keskuslaboratorio-Centrallaboratorium Ab KCL Science and Consulting[R］.Carbon footprint of toilet tissue paper:Comparison of toilet tissue using 100%fresh fiber pulp and 100%recovered fiber pulp.http://www.docin.com/p-395638594.html.

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[13]Carbon Footprint Assessment Special Issue of APP(China)，http://www.docin.com/p-67647194.html.APP(中国)碳足迹评估专刊，http://www.docin.com/p-67647194.html.

[14]IPCC.Guidelines for National Greenhouse Inventories Vol 5:Waste.Intergovernmental Panel on Climate Change，2006.IPCC.国家温室气体清单指南 第五卷:废弃物[S］.国家政府间气候变化专门委员会，2006.