田濤，，姜曄，李遠

（1.中石化煉化工程（集團）股份有限公司，北京100000；2.國家信息中心中經(jīng)網(wǎng)數(shù)據(jù)有限公司，北京100045）

1 碳足跡及相關標準

“碳足跡”概念是由1996 年哥倫比亞大學的瓦克納格爾（Wackernagel）和里斯（Rees）提出的“生態(tài)足跡”（Ecological Footprint）概念引申而來，即要維持一定人口的生存和社會經(jīng)濟發(fā)展所需要的（或者能夠吸納人類所排放廢物的）具有生物生產(chǎn)力的土地面積[1]。但碳足跡與生態(tài)足跡的不同在于碳足跡主要涉及與全球暖化潛值（Global Warming Potential，GWP）相關的溫室氣體排放。碳足跡概念提出后，在學術領域和認證應用領域得到了不斷發(fā)展。

學術界開展的碳足跡相關研究，主要針對碳足跡作為測量消費側溫室氣體排放的指標[2]，按照評價尺度不同可分為個人碳足跡、家庭碳足跡、產(chǎn)品碳足跡、組織機構碳足跡等，涉及的產(chǎn)業(yè)部門包括工業(yè)碳足跡、建筑碳足跡、交通碳足跡等[3]。在學術領域內(nèi)，碳足跡作為重要關鍵“詞匯”出現(xiàn)在各種研究文獻中，但對于碳足跡中涉及的溫室氣體種類及系統(tǒng)邊界問題不同文獻之間仍有很大區(qū)別，研究方法也存在多種[4]。碳足跡作為評價產(chǎn)品（或服務）生命周期內(nèi)的二氧化碳排放量，與生命周期評價方法（Life Cycle Assessment）中的全球暖化潛值指標相一致[5]，因此可采用基于生命周期評價的過程分析法核算碳足跡。同時，研究碳足跡的方法還包括投入產(chǎn)出法和混合生命周期法（Hybrid-LCA）[6-7]。投入產(chǎn)出法是以經(jīng)濟系統(tǒng)為對象，通過投入－產(chǎn)出表計算各類投入和產(chǎn)品及產(chǎn)出之間的關系。投入產(chǎn)出法不能將碳排放與具體的生產(chǎn)活動相對應，而且建模過程也需要復雜的數(shù)學運算，一般適用于宏觀系統(tǒng)的分析。目前關于碳足跡的學術研究仍不斷涌現(xiàn)。

隨著學術界對碳足跡研究的不斷深入，碳足跡的概念和定義逐漸清晰，因此眾多非政府組織、咨詢公司和政府部門陸續(xù)制定碳足跡評價標準[8-9]，開展碳足跡核算及認證，并將碳足跡結果作為商品碳標簽進行標識，主要標準體系如下。

1.1 PAS 2050：商品和服務生命周期溫室氣體排放評價規(guī)范

《PAS 2050：商品和服務生命周期溫室氣體排放評價規(guī)范》（Specification for the assessment of the life cycle greenhouse gas emission of goods and services），該規(guī)范是由英國碳基金公司（Carbon Trust）以及環(huán)境－食品－農(nóng)村事務部（Department for Environment，F(xiàn)ood and Rural Affairs，DEFRA）共同發(fā)起，由英國標準協(xié)會（British Standard Institute，BSI）制定并于2008年10月底正式發(fā)布。作為全球第一部產(chǎn)品碳足跡評價標準，PAS 2050標準以生命周期評價方法為基礎，根據(jù)產(chǎn)品分類規(guī)則（Product Category Rules，PCR）確定其生命周期階段，并設定兩種類型的邊界：①企業(yè)－消費者（Business-to-Customer，B2C），包括原材料獲取、產(chǎn)品生產(chǎn)、分配零售、消費者使用、最終處置或回收等五個階段，B2C 邊界是從搖籃到墳墓的全生命周期過程。②企業(yè)－企業(yè)（Business-to-Business，B2B），包括原材料獲取、產(chǎn)品生產(chǎn)和分配至另一生產(chǎn)商等三個階段，不包括最終產(chǎn)品的分配和零售、消費者使用和最終處置階段[10-11]。2009年中國標準化研究院和英國標準協(xié)會共同發(fā)布了PAS2050中文版，成為國內(nèi)首個碳足跡領域標準。

1.2 ISO 14067: 2018 產(chǎn)品碳足跡—量化和交流的要求和指南

《ISO 14067：2018 產(chǎn)品碳足跡—量化和交流的要求和指南》（Carbon footprint of products — Requirements and Guideline for Quantification and Communication）。ISO 14067是由國際標準化組織（ISO）針對產(chǎn)品碳足跡核算制定的標準規(guī)范[8]，該標準于2008 年4月開始組織制定，起初由兩部分構成，即量化（ISO 14067-1）和信息交流（ISO 14067-2），后被合并為一部分。ISO14067采用LCA方法作為產(chǎn)品碳足跡（CFP）量化的方法，并吸收現(xiàn)有標準中的部分內(nèi)容，標準中標識部分參考ISO 14020 環(huán)境標識系列，溫室氣體盤查部分參考ISO 14064：2006 溫室氣體系列；生命周期評估部分參考ISO 14040：2006 生命周期評價系列，目的在于達成一致的技術規(guī)范[13]。

1.3 TSQ 0010：產(chǎn)品碳足跡評估和標示通則

2008 年，日本政府發(fā)布“低碳社會行動計劃”（Action Plan for Achieving a Low Carbon Society），并將產(chǎn)品碳足跡以標簽向消費者披露作為重要內(nèi)容，即通過計算產(chǎn)品（或服務）的碳足跡排放量，以碳標簽的形式向消費者標識產(chǎn)品碳排放信息。為此，政府制定了兩項基礎文件：《產(chǎn)品碳足跡基礎方針》（Basic Guideline of the Carbon Footprint of Products）和《產(chǎn)品類別規(guī)則制定指南》（Guide of Establishing Product Category Rules），成為產(chǎn)品碳足跡體系的綱領性文件。同時，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省于2009 年制定《TSQ 0010：產(chǎn)品碳足跡評估和標示通則》[14]（General Principles for the Assessment and Labeling of Carbon Footprint of Products）以及相關細則，如《PCR草案注冊及PCR審核準則》《產(chǎn)品碳足跡計算和查證的溝通準則》《碳足跡標識準則》等，并啟動了為期3 年的產(chǎn)品碳足跡試點，力圖建立可行的日本碳足跡體系。2009 年10 月即有三種產(chǎn)品（粳米、菜籽油和洗衣粉）通過PCR注冊認證及碳足跡核查，并以碳標簽進入市場流通。

1.4 溫室氣體核算體系標準

溫室氣體核算體系標準（The Greenhouse Gas Protocol）（下文簡稱為“核算體系”）是由世界可持續(xù)發(fā)展工商理事會（World Business Council for Sustainable Development，WBCSD）和世界資源研究院（World Resource Institute，WRI）共同發(fā)起，該核算體系從2004年開始陸續(xù)發(fā)布，包括企業(yè)核算、范圍三核算、項目核算、產(chǎn)品壽命周期核算等一系列標準體系。其中范圍三標準和產(chǎn)品標準都采用壽命周期方法，范圍三標準以企業(yè)組織為基礎，在企業(yè)層面核算價值鏈溫室氣體排放，而產(chǎn)品標準則在單個產(chǎn)品層面核算生命周期溫室氣體排放[12]。此標準提供了詳細的碳足跡評價和報告準則，以及相關使用指南，可協(xié)助開展產(chǎn)品生命周期溫室氣體核算。

從上述相關國際標準看，碳足跡主要是指以LCA方法評價產(chǎn)品（或服務）整個生命周期內(nèi)（原材料獲取、產(chǎn)品生產(chǎn)、分配銷售、使用和廢棄處理）溫室氣體排放量，這與企業(yè)或組織的溫室氣體排放核算方法（通常稱為“碳盤查”）具有很大不同[15]。產(chǎn)品碳足跡評價標準的制定極大地推動了碳足跡核算的規(guī)范性和商業(yè)應用，促進了以碳足跡為基礎的“碳標簽”（Carbon Footprint Label）制度，目前許多跨國公司已嘗試執(zhí)行PAS 2050規(guī)范核算產(chǎn)品碳足跡，并取得了良好的效果[4]。

綜上可知，碳足跡概念是在學術研究不斷深入的基礎上逐漸形成，并且在此基礎上通過各類標準的制定最終確定產(chǎn)品碳足跡內(nèi)涵，碳足跡學術領域的研究奠定了各類核算標準的制定，各類核算標準的制定又促進了學術研究關于碳足跡概念的規(guī)范性和一致性以及各類碳足跡評價的商業(yè)推廣應用，尤其ISO 14067作為國際通用標準，明確產(chǎn)品碳足跡采用LCA方法評價。未來隨著應對氣候變化越來越受到重視，碳足跡在學術研究和認證領域的應用必將展現(xiàn)巨大前景。

2 碳足跡評價工具

采用軟件工具對碳足跡進行核算評價可以降低研究過程時間和精力，各種機構也發(fā)布了多款適合碳足跡研究的軟件工具，包括網(wǎng)絡在線系統(tǒng)和單機版系統(tǒng)。

2.1 在線碳足跡軟件

在線碳足跡計算軟件類型多樣，不同在線軟件的復雜程度和包含的計算內(nèi)容不同，因此結果往往差別很大。2007年，英國環(huán)境－食品－農(nóng)村事務部（Defra）在其官方網(wǎng)站發(fā)布個人碳足跡計算軟件，可根據(jù)個人（或家庭）使用的耗能設備、家電、交通工具等計算溫室氣體排放，公眾可以隨時利用網(wǎng)絡在線計算日常生活排放的二氧化碳量，并獲取節(jié)能降耗的建議。美國加州環(huán)保署也委托伯克利大學設計了碳足跡計算軟件，該軟件應用生命周期評估方法，涵蓋層面較為完整[1]。在線碳足跡計算軟件往往操作簡單、無需安裝，易于理解，因此對于提高公眾碳足跡意識和低碳行為具有重要作用。

圖1 燃料生命周期

2.2 GREET 模型及軟件

為評估汽車制造及使用過程的溫室氣體排放，美國Argonne國家實驗室從1995年開始開發(fā)基于電子表格的評價模型，該模型涵蓋汽車原材料獲取、組件制造、汽車裝配、處置和再循環(huán)等階段的CO2排放。并且對汽車燃料進行從油井到車輪（Well to Wheel）的生命周期劃分，包括原料開采、運輸、生產(chǎn)、加注、使用5 個環(huán)節(jié)。上述5 個環(huán)節(jié)又可分為油井到油箱（Well to Tank，簡稱WTT）和油箱到車輪（Tank to Wheel，簡稱TTW）兩部分[2]，詳見圖1。同時開發(fā)GREET軟件（Greenhouse gases，Regulated Emissions and Energy use in Transportation）可評估替代燃料和先進車輛技術對整個燃料循環(huán)過程的碳排放影響。

2.3 SimaPro 軟件[16]

SimaPro軟件是荷蘭萊頓大學和Pre Consultants B.V.于1990年開發(fā)，是目前世界上應用廣泛的生命周期評價軟件。SimaPro 具有強大的功能、極高的柔性、多樣的評價方法和直觀的結果表達方式，并且包含豐富的數(shù)據(jù)量和完善的數(shù)據(jù)管理能力。該軟件主要用于計算碳足跡、產(chǎn)品生態(tài)設計、產(chǎn)品或服務的環(huán)境影響、關鍵性能指標的決策等。

2.4 GaBi 軟件[16]

GaBi軟件是由德國PE International公司開發(fā)的一款LCA 評價軟件，可以從生命周期角度建立詳細的產(chǎn)品模型，同時可支持用戶自定義環(huán)境影響評價方法。使用者可以建立產(chǎn)品生產(chǎn)模型、進行輸入輸出流平衡、計算評價結果以及生成相關圖形等。GaBi軟件集成了自身開發(fā)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)GaBi Data-Bases，同時可兼容企業(yè)數(shù)據(jù)庫，包含歐盟委員會的ELCD 數(shù)據(jù)庫、Eco-invent 數(shù)據(jù)庫等。GaBi 作為世界領先的生命周期評價計算軟件，其設計滿足了較廣領域的需求，廣泛應用于LCA研究和工業(yè)決策支持，為很多LCA研究機構所采用。

2.5 其他生命周期評價軟件

例如由法國電子與電器工業(yè)聯(lián)盟成立的CODDE組織于2003 年開發(fā)EIME 生命周期軟件，主要面向電子和電器產(chǎn)品。日本LCA研究中心（Research Center for Life Cycle Assessment）、工業(yè)技術綜合研究所（National Institute of Advanced Industrial Science and Technology，AIST）和日本工業(yè)環(huán)境管理協(xié)會（Japan Environmental Management Association for Industry，JEMAI）于2000年共同開發(fā)JEMAI-LCA Pro軟件[17]。同時，我國也開發(fā)了幾款國產(chǎn)LCA評價軟件，例如四川大學—億科環(huán)境科技公司開發(fā)的Ebalance、中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心開發(fā)的PCESS、同濟大學開發(fā)的中國汽車替代燃料生命周期數(shù)據(jù)庫、寶鋼開發(fā)的BaosteelLCA[18]，以及東華大學紡織服裝工業(yè)碳足跡研究團隊開發(fā)的DHU核算軟件[16]。

基于LCA 理論的碳足跡核算軟件提高了生命周期評價方法的可操作性，使之應用簡便。LCA核算軟件利用計算機技術，集成基礎能源和物料數(shù)據(jù)庫，進而實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期評價的自動分析處理，減少了大量人工核算工作。

3 石化行業(yè)碳足跡研究現(xiàn)狀及評述

石化行業(yè)作為保障國民經(jīng)濟基礎原材料和道路交通燃料的關鍵產(chǎn)業(yè)，其溫室氣體排放量大，開展石化產(chǎn)品碳足跡核算與評價可以為其他行業(yè)提供碳足跡評價的基礎數(shù)據(jù)。

3.1 國內(nèi)研究進展

2009 年，中國化工標準化研究院、英國標準協(xié)會在河北盛華化工有限公司（以下簡稱“盛華化工”）開展了氯堿行業(yè)產(chǎn)品碳足跡評價試點工作[19]，以1 t PVC產(chǎn)品為功能單位，評價范圍選擇從商業(yè)到商業(yè)（B2B）的評價模式，即從原材料進廠到生產(chǎn)出產(chǎn)品運輸?shù)较乱粋€組織為止，不包括額外的生產(chǎn)步驟和最終產(chǎn)品的分銷、零售、消費者使用。最終計算1 t PVC產(chǎn)品碳足跡（排放CO2當量）約為1 765.3 kg，其中原材料消耗CO2排放量占比最大，為72.4%，其次是能源消耗產(chǎn)生的排放，占8.9%，其余排放所占比例較小。

中國石化撫順石油化工研究院[20]研究了瀝青產(chǎn)品碳足跡，以某企業(yè)生產(chǎn)的瀝青產(chǎn)品為評價對象，功能單位為1 t 瀝青產(chǎn)品。根據(jù)瀝青的調(diào)和組分渣油、脫油瀝青和抽出油，建立生產(chǎn)總流程。計算瀝青產(chǎn)品碳足跡為2.957 5 t CO2/t，各個階段的碳排放量如表1所示。

表1 某企業(yè)瀝青生命周期的碳排放

在瀝青生命周期各階段中，瀝青使用和處置過程的溫室氣體排放量最大，占全部排放量的86.9%。降低瀝青碳足跡的主要措施是盡量降低瀝青填埋、提高瀝青循環(huán)利用率。由表1 可知瀝青生產(chǎn)環(huán)節(jié)碳排放量占比偏小，甚至小于瀝青配送環(huán)節(jié)，這與一般經(jīng)驗判斷不太相符。

中國石油大學[21]等研究了CO2－DMC（碳酸二甲酯）生命周期碳足跡，選用“從搖籃到大門”確定項目邊界，分別對比了常規(guī)反應塔、膜反應塔和反應精餾塔三種不同工藝的物耗、能耗數(shù)據(jù)及原料上游排放因子，如表2所示。

以煤、燃料油、天然氣3 種能源供應情景下工藝的碳排放進行對比分析，其碳足跡結果如表3所示。

由表3可知，在相同能源情景下，常規(guī)反應塔工藝的產(chǎn)品單位能耗及碳足跡最高。通過對比不同情景下不同工藝的單位產(chǎn)品碳足跡可以看出，情景1和情景2的產(chǎn)品碳足跡大小相近，情景3下各工藝碳足跡大小明顯小于其他值。情景2下的常規(guī)反應塔工藝其單位產(chǎn)品碳足跡最大，數(shù)值為1.67 t CO2/t DMC，單位產(chǎn)品碳足跡最小的是情景3下反應精餾塔工藝，碳足跡為0.70 t CO2/t DMC。

表2 CO2－DMC 三種工藝物耗、能耗

表3 不同能源情景下不同反應塔工藝碳足跡情況

中國石化經(jīng)濟技術研究院[15]研究了石化產(chǎn)品碳足跡評價方法，并對己內(nèi)酰胺產(chǎn)品進行核算。己內(nèi)酰胺生產(chǎn)過程包括苯加氫、環(huán)己酮、肟化和精制。碳足跡評價排放源包括物料、能源消耗、工藝過程排放、副產(chǎn)物分攤等。研究范圍包括原料獲取、儲運、生產(chǎn)加工和產(chǎn)品配送4 個環(huán)節(jié)。己內(nèi)酰胺生產(chǎn)過程使用的原料包括外購硫黃、苯、液堿、自產(chǎn)煙酸、氫氣、雙氧水、液氨等。外購原料的CO2排放因子通過原料生產(chǎn)過程的能耗與煙煤排放因子得到，自產(chǎn)原料排放因子通過生產(chǎn)過程的能耗數(shù)據(jù)、外購原料的綜合能耗計算所得。

生產(chǎn)過程碳排放包括能源消耗產(chǎn)生排放和工藝排放。工藝排放主要由肟化過程副反應產(chǎn)生，如下式：

其中，N2O的排放量由反應器排放尾氣流量及組成計算。

己內(nèi)酰胺生命周期碳足跡評價結果如表4所示。

由表4可知己內(nèi)酰胺生命周期碳足跡為12.55 t CO2/t產(chǎn)品，其中環(huán)己酮生產(chǎn)和肟化生產(chǎn)碳排放最高。

由上述研究可知，石油化工行業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)階段的碳足跡核算均是針對產(chǎn)品生產(chǎn)過程的加工流程開展。由于石化生產(chǎn)過程具有典型的流程加工特點，即上游加工過程的產(chǎn)品會成為下游加工過程的原料，這種流程順序體現(xiàn)了物料在生產(chǎn)過程演變的生命周期順序。因此，碳足跡所反映的產(chǎn)品各生命周期階段的時間流程，體現(xiàn)在石化生產(chǎn)過程中，即為物料依次經(jīng)過不同工藝裝置的生產(chǎn)流程。

3.2 國際公司評價進展

除上述具體產(chǎn)品碳足跡評價外，國際石油石化公司也采用溫室氣體核算體系評估其價值鏈溫室氣體排放。BP 于2019 年首次在可持續(xù)報告中評估其能源產(chǎn)品平均碳強度為79.7 g CO2/MJ（其中煉油能源產(chǎn)品93.7 g CO2/MJ，生物燃料產(chǎn)品28.8 gCO2/MJ，天然氣產(chǎn)品71.6 g CO2/MJ），該數(shù)據(jù)包括消費者使用能源環(huán)節(jié)[21]。同樣，Total 公司披露其2018 年平均產(chǎn)品碳排放強度為67.30 g CO2/MJ[22]。Shell公司披露其能源產(chǎn)品碳足跡為78 g CO2/MJ[23]。ExxonMobil 認為LCA 評價對于核算產(chǎn)品生命周期排放具有重要科學價值，但范圍三核算則存在較大不確定性，因此并未在其可持續(xù)年報中披露該數(shù)據(jù)。Chevron 也公布了其范圍三溫室氣體排放量達3.76億t[24]。

表4 己內(nèi)酰胺生命周期碳排放匯總

4 結論及展望

雖然目前學術界對碳足跡的概念還在不斷深化研究當中，但對于產(chǎn)品（或服務）碳足跡核算和評價問題已有大量相關標準發(fā)布，并在實際中得到推廣應用，尤其國際標準化組織發(fā)布了ISO 14067：2018，明確了產(chǎn)品碳足跡定義。因此，未來針對產(chǎn)品碳足跡評價，應遵循ISO標準采用基于生命周期評價的過程分析法。

為滿足石油化工生產(chǎn)過程工藝條件，經(jīng)常需要消耗能量來改變工藝物料的熱力學狀態(tài)（溫度、壓力），此過程常常會伴隨著CO2排放。因此，對石油化工生產(chǎn)過程的中間物料進行碳足跡評價，可以研究整個生產(chǎn)過程的碳排放特點和規(guī)律。

目前關于石化產(chǎn)品碳足跡的研究大多針對企業(yè)總生產(chǎn)流程，以工藝裝置為單位按產(chǎn)品質(zhì)量進行碳排放分配，這種分配方法較為粗略。開發(fā)基于單元過程的碳足跡評價方法，并結合工藝裝置特點提出反映生產(chǎn)過程產(chǎn)品方案與能耗規(guī)律的分配方法，真正使企業(yè)因調(diào)整產(chǎn)品結構導致的碳排放變化反映到產(chǎn)品碳足跡結果當中，指導低碳能源產(chǎn)品生產(chǎn)。

石化產(chǎn)品碳足跡研究可以為碳市場制定配額分配方法提供理論支撐。在碳排放權交易市場中，對控排企業(yè)進行配額分配多是以企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量為基準，但煉油行業(yè)具有典型的一種投入產(chǎn)出多個產(chǎn)品的特點，對煉油行業(yè)進行配額分配往往以裝置加工量為基準，例如歐盟碳市場采用CWT基準。當煉廠使用同種原料生產(chǎn)不同結構產(chǎn)品時，其碳排放量會產(chǎn)生變化，但對于以加工量為基準的分配方法，其配額量相同，而以煉油產(chǎn)品為基準的分配方法則可以避免該問題。因此，煉油產(chǎn)品碳足跡研究可以建立產(chǎn)品為基準的分配方法提供支撐。