李曉鵬 孫曉峰 李 鍵（中國輕工業(yè)清潔生產(chǎn)中心，北京100089）

1 引言

水泥是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要基礎(chǔ)原材料，目前國內(nèi)外尚無一種材料可以代替它的地位。作為國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，水泥工業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平和綜合實(shí)力的重要標(biāo)準(zhǔn)。然而，作為傳統(tǒng)的工業(yè)，水泥產(chǎn)品有著顯著的“兩高一資”生產(chǎn)工藝特性。水泥工業(yè)傳統(tǒng)的發(fā)展和生產(chǎn)模式，使得資源、能源都難以為續(xù)，對生態(tài)環(huán)境也造成了極為不利的影響。2009年我國水泥產(chǎn)量達(dá)16.3億噸，產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的50%[1]以上，充分說明了中國是世界上最大的水泥生產(chǎn)國。近年來，隨著水泥行業(yè)加快聯(lián)合重組步伐，產(chǎn)業(yè)的集中度有了明顯的提高，產(chǎn)能過剩也得到了有效抑制。然而，水泥工業(yè)作為能源和資源消耗密集型產(chǎn)業(yè)，仍然消耗大量不可再生資源和能源，并排放大量二氧化碳。目前，國外許多國家都開展了產(chǎn)品的碳足跡研究工作，德、英、韓、日等國家還開展了低碳產(chǎn)品的認(rèn)證。國家環(huán)保部在未來工作中針對溫室氣體排放重點(diǎn)行業(yè)還提出了低碳產(chǎn)品及產(chǎn)品碳足跡認(rèn)證的要求。因此，詳細(xì)了解水泥企業(yè)的碳足跡，了解其不同生命周期階段的溫室氣體排放情況，對我國水泥行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。

2 研究方法

本文選擇我國典型的水泥生產(chǎn)企業(yè)作為研究對象，基于生命周期評(píng)價(jià)（Life Cycle Assessment ，LCA）方法，并參照PAS 2050標(biāo)準(zhǔn)，對該企業(yè)水泥制品在生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用和報(bào)廢處理的生命周期過程中排放的各種溫室氣體（即產(chǎn)品的碳足跡）進(jìn)行分析和量化。前者為研究提供了可行的量化方法學(xué)，后者則為研究產(chǎn)品碳足跡提供了可參考的規(guī)范。

生命周期評(píng)價(jià)法（Life Cycle Assessment，LCA）是根據(jù)ISO14040-14043制定的一種有效的環(huán)境管理工具。它包括對產(chǎn)品從“搖籃—墳?zāi)埂闭麄€(gè)生命周期過程的能量和物質(zhì)進(jìn)行分析，從而達(dá)到對產(chǎn)品生命周期的環(huán)境影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，對產(chǎn)品及其生產(chǎn)工藝提出改善建議[2]。PAS 2050標(biāo)準(zhǔn)同樣是基于生命周期評(píng)價(jià)方法，對產(chǎn)品生命周期內(nèi)的溫室氣體（GHG）排放做量化規(guī)定。宗旨是幫助企業(yè)在管理自身生產(chǎn)過程中所形成的GHG排放量的同時(shí)，尋找在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和供應(yīng)等過程中降低溫室氣體排放的機(jī)會(huì)，幫助企業(yè)降低產(chǎn)品或服務(wù)的二氧化碳排放量，最終開發(fā)出更小碳足跡的新產(chǎn)品[3]。

3 水泥產(chǎn)品碳足跡研究

3.1 目標(biāo)和范圍的確定

本研究的目標(biāo)是根據(jù)所研究企業(yè)水泥生產(chǎn)所消耗資源、能源及排放的廢棄物的數(shù)據(jù)計(jì)算其溫室氣體排放狀況。結(jié)合水泥的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，以及調(diào)研數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量，可以得出水泥生產(chǎn)中絕大部分的資源、能源投入及廢棄物排放都來自生料粉磨、熟料煅燒及水泥粉磨三個(gè)階段。鑒于此，本次研究將考察的系統(tǒng)邊界設(shè)定為從“搖籃—大門”（B2B）的范圍來考察，即從生料制備、熟料煅燒到水泥粉磨三個(gè)階段。為了使研究結(jié)果更有參照性，該研究還參考了相關(guān)產(chǎn)品種類規(guī)范（PCR）中水泥產(chǎn)品PCR中核心過程的內(nèi)容[4]，將考慮三個(gè)生命周期階段中內(nèi)部運(yùn)輸、產(chǎn)品生產(chǎn)、設(shè)備維護(hù)以及成品半成品的包裝過程。系統(tǒng)邊界圖如圖1所示。

根據(jù)所研究企業(yè)產(chǎn)品特點(diǎn)，以及水泥產(chǎn)品PCR要求，本研究以PO42.5作為參考基準(zhǔn)，即選取1噸28天抗壓強(qiáng)度為42.5MPa的425#普通硅酸鹽水泥所具有的使用性能為一個(gè)功能單元。

水泥行業(yè)會(huì)造成大量CO2的排放主要有兩方面的原因[5]。一是水泥熟料煅燒主要是用煤作燃料；第二個(gè)重要原因是水泥行業(yè)采用石灰石作為主要原料。通過對GHG排放源的核查發(fā)現(xiàn)，水泥行業(yè)最主要的直接排放也源于此。由于沒有完善的監(jiān)測機(jī)制，排放源CO2的排放數(shù)據(jù)需要采用一定的估算方法予以估算，參考吳紅水泥工業(yè)環(huán)境負(fù)荷分析[6]，排放按下列公式計(jì)算：

1) 化石能源燃燒的CO2排放量計(jì)算

E=3.67Fqka

式中：E—CO2的排放量（kg）

F—燃料的消耗量(kg)

Q—燃料發(fā)熱量(MJ/ kg)

k—燃料的碳排放系數(shù)

a—燃料的碳氧化率

其中各物理量的取值如表1所示。

表1 我國化石燃料的碳排放系數(shù)和碳氧化率

圖1 典型水泥企業(yè)碳足跡研究系統(tǒng)邊界

3.2 數(shù)據(jù)的收集及計(jì)算

2) 水泥生產(chǎn)過程中原料石灰石的煅燒產(chǎn)生大量的CO2，其化學(xué)反應(yīng)見式：

CaCO3→ CaO + CO2

石灰石含量按96%估算，1Kg分解生成約0.54 kg的CaO，同時(shí)生成0.42 kg的CO2。

最后得CO2排放量的估算公式為：

CO2排放量=石灰石消耗量×CaCO3含量×CO2分子量/CaCO3分子量+E

在系統(tǒng)邊界內(nèi)，對調(diào)研所得數(shù)據(jù)進(jìn)行清單分析，將其轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)一個(gè)單位的產(chǎn)品所消耗的資源能源及排放的廢棄物數(shù)量。由于電力本身有很復(fù)雜的工序過程，需要將其看做初期能源生產(chǎn)來處理，其本身具有系統(tǒng)的生命周期評(píng)價(jià)研究，計(jì)算時(shí)需要將其轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)的原料、能源消耗及排放清單參與計(jì)算，本文根據(jù)所研究企業(yè)的地理位置采用國家發(fā)展改革委應(yīng)對氣候變化司2009年7月3日公布的華北區(qū)域電網(wǎng)的排放系數(shù)893.55kgCO2/MWh[7]。因此，生命周期清單包括初級(jí)能源生產(chǎn)及水泥生產(chǎn)過程兩部分，具體如表2所示。

表2 典型水泥企業(yè)生產(chǎn)的溫室氣體排放清單

可以看到，水泥生產(chǎn)過程中造成的主要溫室氣體是CO2氣體的排放。

3) 碳足跡的計(jì)算

根據(jù)結(jié)合聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）中最新的全球增溫潛勢（GWP）可知CO2的增溫潛勢為1[8]。由水泥生產(chǎn)不同生命周期階段CO2排放量，并采取當(dāng)量模型計(jì)算出該企業(yè)1噸水泥產(chǎn)品的碳足跡為0.614噸CO2當(dāng)量。

4 結(jié)論與建議

對典型水泥企業(yè)碳足跡的研究結(jié)果表明，水泥生命周期階段中溫室氣體排放的主要階段為水泥產(chǎn)品生產(chǎn)過程，這主要是由燃料的燃燒及石灰石的煅燒造成的。因此，減少水泥行業(yè)對氣候變化的貢獻(xiàn)應(yīng)首先從這兩個(gè)方面考慮。目前，國內(nèi)外不乏對水泥行業(yè)溫室氣體減排的研究。其中通過節(jié)能改造，提高節(jié)能升級(jí)工作，加快對落后水泥企業(yè)的淘汰與兼并，研制低碳發(fā)展技術(shù)，通過技術(shù)創(chuàng)新減少生產(chǎn)過程中的CO2排放都將成為水泥行業(yè)應(yīng)對氣候變化、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的有效舉措。

[1]劉明.促進(jìn)中國水泥工業(yè)的地毯經(jīng)濟(jì)發(fā)展. http：//www.cnsb.cn

[2]楊建新,徐成,王如松.產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用. 氣象出版社[M], 2002

[3]中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院.產(chǎn)品和服務(wù)在生命周期內(nèi)的溫室氣體排放評(píng)價(jià)規(guī)范及使用指南.中國計(jì)量出版社[S],2009

[4]PCR for Cement. http：//www.environdec.com/

[5]水泥工業(yè)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的時(shí)機(jī)已經(jīng)到來.中國水泥網(wǎng).http：//www.chinacements.com

[6]吳紅,崔素萍,王志宏.中國水泥工業(yè)環(huán)境負(fù)荷分析.環(huán)境負(fù)荷評(píng)價(jià)[J],2007.

[7]WBCSD水泥持續(xù)發(fā)展倡議CO2排放協(xié)議（2.0）http：//www.ghgprotocol.org/calculation-tools/all-tools

[8] IPCC 2007. http：//www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public.