基于LCA的玻璃纖維產(chǎn)品碳排放評(píng)價(jià)模型

1、基于LCA 的玻璃纖維產(chǎn)品碳排放評(píng)價(jià)模型作者： 韓樂(lè) 時(shí)間：2012-1-4摘要：玻璃纖維產(chǎn)品屬于高能耗產(chǎn)品，在溶制的過(guò)程中有大量的溫室氣體排放。本文在對(duì)玻璃纖維產(chǎn)品生命周期研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)其碳排放特征，對(duì)產(chǎn)品生命周期中碳排放量進(jìn)行定量的分析，提出了產(chǎn)品碳排放指標(biāo)體系，并在此基礎(chǔ)上建立產(chǎn)品碳排放評(píng)估模型。該模型分別從原材料的生產(chǎn)和產(chǎn)品的生產(chǎn)兩個(gè)方面研究玻璃纖維產(chǎn)品碳排放的計(jì)算方法，為產(chǎn)品的低碳認(rèn)證提供有力的數(shù)據(jù)及技術(shù)支撐。 關(guān)鍵詞：生命周期評(píng)估；玻璃纖維；低碳；評(píng)價(jià)模型0 引言自 1997 年12 月在京都協(xié)議書(shū)在日本京都由聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約參加國(guó)三次會(huì)議制定以來(lái)，溫室氣體的排放引起了越

2、來(lái)越多的國(guó)家的重視。根據(jù)政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)(IPCC，2007 年發(fā)布的第四次評(píng)估報(bào)告，人類活動(dòng)是家居溫室氣體效應(yīng)的主要驅(qū)動(dòng)因子過(guò)去100 年(1906-2005 年 中，地表平均溫度已經(jīng)升高了0.74 攝氏度，根據(jù)國(guó)際科學(xué)界的測(cè)試，溫度升高的原因90%以上可能來(lái)自溫室氣體排放1。在京都協(xié)議書(shū)規(guī)定的幾種溫室氣體中，以二氧化碳引起的溫室現(xiàn)象最為嚴(yán)重。2010年，中國(guó)工程院院長(zhǎng)徐匡迪在對(duì)我國(guó)碳排放數(shù)據(jù)分析時(shí)指出：2007 年中國(guó)二氧化碳的排放量為59.6 億噸，超過(guò)了美國(guó)的58.2 億噸，居世界第一2。在過(guò)去8 年的時(shí)間里，全球碳排放量增長(zhǎng)了三分之一，其中的三分之二來(lái)自中國(guó)。因此，降低二氧化

3、碳的排放量在我國(guó)已經(jīng)十分重要3。據(jù)了解，國(guó)內(nèi)對(duì)低碳的研究已經(jīng)涉及到電力4、城市建筑5-6、化工7、紡織8等行業(yè)的各種企事業(yè)單位等。但在玻璃纖維行業(yè)還未有相關(guān)的研究。中國(guó)的玻璃纖維產(chǎn)量在全球占有很大的比重，截止到2010 年，中國(guó)玻纖的產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的一半以上，全球五大玻纖企業(yè)中國(guó)占了兩個(gè)（浙江巨石和山東泰山），國(guó)內(nèi)三個(gè)主要玻纖生產(chǎn)廠家（浙江巨石、山東泰山和重慶國(guó)際）的產(chǎn)量占國(guó)家玻纖總產(chǎn)量的70%以上。因此，對(duì)玻璃纖維產(chǎn)品進(jìn)行碳排放評(píng)價(jià)具有十分重要的意義。1 玻璃纖維產(chǎn)品生命周期分析產(chǎn)品生命周期（Product Life Cycle最早是由 D ean 9和 Levirt 10提出，基于市場(chǎng)戰(zhàn)

4、略研究 的目的按照產(chǎn)品在市場(chǎng)中的演化過(guò)程分為推廣、成熟和衰亡階段1112。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展， 現(xiàn)在的產(chǎn)品生命周期在環(huán)境管理方面主要是指由原料的采集和處理、加工、運(yùn)輸、使用（復(fù) 用）、維修、再循環(huán)以及最終處理等環(huán)節(jié)組成的生命鏈，具有一種產(chǎn)品從形成到消亡過(guò)程中 的不同階段與環(huán)境發(fā)生的關(guān)聯(lián)關(guān)系1314。玻璃纖維（glass fiber）產(chǎn)品是一種性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)非金屬材料，它的生命周期主要是 指原材料的采集和處理、產(chǎn)品制造、運(yùn)輸和使用。其中，原材料的采集和處理主要包括各類 礦石的采集、產(chǎn)品制造主要是指礦石的粉碎、高溫溶制、拉絲、進(jìn)一步加工成成品、運(yùn)輸和 使用。由于玻璃纖維產(chǎn)品使用中不會(huì)產(chǎn)生溫室氣體，所

5、以本文在建模的時(shí)候這點(diǎn)不考慮在內(nèi)。2 玻璃纖維產(chǎn)品碳排放的量化分析要對(duì)玻璃纖維產(chǎn)品的碳排放進(jìn)行分析，首先要對(duì)產(chǎn)品的整個(gè)工藝流程進(jìn)行分析，找出流 程中碳排放的主要產(chǎn)生環(huán)節(jié)，并對(duì)這些產(chǎn)生碳排放的環(huán)節(jié)做進(jìn)一步的分析，了解各個(gè)環(huán)節(jié)中 碳排放量的高低。2.1 玻璃纖維產(chǎn)品的工藝流程中產(chǎn)生碳排放的主要環(huán)節(jié)分析 玻璃纖維由于其絕緣性好、耐熱性強(qiáng)、抗腐蝕性好，機(jī)械強(qiáng)度高，被廣泛的應(yīng)用在建筑、 交通、電子、化工等多個(gè)領(lǐng)域。玻璃纖維產(chǎn)品種類很多，主要包括紗、布、氈等；玻璃纖維 的生產(chǎn)方法一般有兩種，坩堝法和池窯法，因?yàn)槌馗G法在技術(shù)上要優(yōu)于坩堝法，因而目前坩 堝法正在逐漸的被池窯法所取代。本為池窯法生產(chǎn)的玻璃纖維紗

6、產(chǎn)品為例，對(duì)玻璃纖維產(chǎn)品 的工藝流程進(jìn)行分析。用池窯法生產(chǎn)玻璃纖維產(chǎn)品的工藝流程如圖 1： 圖 1 玻璃纖維紗工藝流程Fig.1 The process flow offiberglass yarn 主要形成玻璃纖維原絲， 以后的紗、布、氈等都是由原絲經(jīng)過(guò)加工形成的。在拉絲機(jī)拉絲過(guò)程中，主要的能耗方式是 電力的損耗，屬于間接溫室氣體排放。 磨機(jī)磨碎 這個(gè)過(guò)程和拉絲機(jī)拉絲過(guò)程一樣，主要消耗電力，屬于間接能耗。它是把各類經(jīng)過(guò)粗碎、 均化、細(xì)化三個(gè)階段后的礦石顆粒等磨成礦石粉的過(guò)程。 原絲加工 原絲的加工中要用到大量的水，主要包括浸潤(rùn)劑配制、拉絲車(chē)間沖洗隔板和冷卻系統(tǒng)中 用的水，屬于間接碳排放。 其

7、他 除了上述幾個(gè)主要的碳排放環(huán)節(jié)之外，在原礦石的采集、粗碎、均化、包裝、運(yùn)輸?shù)认?類中具有直接或者間接的溫室氣體排放。按照碳排放的比重，一些環(huán)節(jié)在計(jì)算中不計(jì)在內(nèi)， 如包裝等；一些不確定性比較大的碳排放環(huán)節(jié)也不計(jì)算在內(nèi)，如廠外運(yùn)輸?shù)龋灰恍┨寂欧帕?比較小的環(huán)節(jié)也不計(jì)在內(nèi)，如粗碎、細(xì)碎和廠內(nèi)運(yùn)輸?shù)取?綜上所述，在基于產(chǎn)品生命周期的玻璃纖維紗產(chǎn)品的碳排放評(píng)價(jià)中，僅對(duì)瑤池溶制、拉 絲機(jī)拉絲、磨機(jī)磨破和原絲加工四個(gè)主要環(huán)節(jié)進(jìn)行計(jì)算。此外，由于玻璃纖維紗產(chǎn)品的種類 各異以及后續(xù)環(huán)節(jié)碳排放量相對(duì)比較低，下文主要以玻璃纖維干紗為主要評(píng)價(jià)對(duì)象。3 玻璃纖維產(chǎn)品碳排放評(píng)價(jià)指標(biāo)體系分析為了建立切實(shí)、可用的玻璃纖維產(chǎn)

8、品碳排放評(píng)價(jià)模型，首先對(duì)其碳排放評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了 分析，并建立了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。該體系以定量分析為主，定性分析為輔，全面的對(duì)玻璃纖維 產(chǎn)品碳排放進(jìn)行了分析。3.1 評(píng)價(jià)的基本條件進(jìn)行低碳產(chǎn)品碳排放評(píng)價(jià)時(shí)，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該滿足以下要求： 供應(yīng)鏈及環(huán)境管理方面 對(duì)主要原材料供應(yīng)方、生產(chǎn)制造方以及相關(guān)服務(wù)方等提出明確的原輔料包裝、運(yùn)輸、裝卸、以及固廢回收利用的供應(yīng)鏈管理要求。 企業(yè)管理方面 玻璃纖維紗生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)按照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求建立并實(shí)施質(zhì)量、環(huán)境和能源管理體系。 質(zhì)量管理方面 玻璃纖維產(chǎn)品質(zhì)量必須滿足質(zhì)量方面的相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。 計(jì)量方面 玻璃纖維生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)按相關(guān)國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的要求配備能源計(jì)量器具。 此外

9、，生產(chǎn)企業(yè)還要注意采用國(guó)家鼓勵(lì)的先進(jìn)技術(shù)工藝，不可使用國(guó)家限制或淘汰技術(shù)工藝等。3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立玻璃纖維低碳產(chǎn)品評(píng)價(jià)指標(biāo)體系主要從定性和定量指標(biāo)兩方面進(jìn)行考慮，其中，定性的 指標(biāo)主要包括產(chǎn)品的供應(yīng)鏈情況、企業(yè)的管理水平、企業(yè)能源計(jì)量情況及產(chǎn)品質(zhì)量水平，定 量的指標(biāo)主要包括原礦石的獲?。òㄊ⑸?、螢石等）和產(chǎn)品的制造（包括粉碎、溶制、 拉絲等生產(chǎn)過(guò)程）。其中，評(píng)價(jià)時(shí)以定量指標(biāo)為主，定性的指標(biāo)只作為評(píng)價(jià)時(shí)的基本條件考 慮。具體見(jiàn)圖 2。 圖 2 玻璃纖維產(chǎn)品碳排放評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.2 The carbon emissions evaluation index system offib

10、erglass products由于玻璃纖維產(chǎn)品在使用過(guò)程中不產(chǎn)生溫室氣體，所以定量指標(biāo)中只對(duì)原材料和生產(chǎn)制 造過(guò)程中的碳排放進(jìn)行分析；此外，由于在玻璃纖維生產(chǎn)中，以瑤池生產(chǎn)為例，在原絲烘干 之前的工藝基本上都是一樣的，產(chǎn)品生產(chǎn)的多樣性主要體現(xiàn)在烘干之后的工序，如織布、做 氈等，所以，針對(duì)產(chǎn)品碳排放的可根據(jù)具體產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)狀況進(jìn)行量化計(jì)算。4 玻璃纖維產(chǎn)品碳排放評(píng)價(jià)模型的研究玻璃纖維產(chǎn)品碳排放評(píng)價(jià)模型作為玻璃纖維企業(yè)碳排放的關(guān)鍵技術(shù)要求，它的建立應(yīng)該 首先考慮到它的可操作性，其次要考慮作為模型支持的數(shù)據(jù)的可搜集性，再次要考慮到不能給企業(yè)增加成本，最后要考慮模型的可擴(kuò)展性，以適應(yīng)新的環(huán)境及技術(shù)

11、要求。基于這些原則，參照 ISO14064、PAS2050 及 IPCC2006 國(guó)家溫室氣體指南，采用排放因子法建立玻璃纖維 產(chǎn)品碳排放評(píng)價(jià)模型如下：nG = G m + G p = (M i EF i + (M j EF j （1）其中：i =1j =1G 玻璃纖維產(chǎn)品碳排放總量，單位為千克二氧化碳當(dāng)量（kgCO 2e ）； G m 原料和能源獲取階段排放量，單位為千克二氧化碳當(dāng)量（kgCO 2e ）； G p 產(chǎn)品制造階段產(chǎn)生的 G HG 排放量，單位為千克二氧化碳當(dāng)量（kgCO 2e ）。 從上式中不難看出，按照評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的定量分析指標(biāo)，因?yàn)樵诋a(chǎn)品使用階段不產(chǎn)生溫室氣體，所以玻璃纖

12、維產(chǎn)品碳排放的量化分為兩個(gè)階段完成，一個(gè)是原材料獲取階段，一 個(gè)是產(chǎn)品制造階段。具體如下。4.1 原材料獲取階段的碳排放核算式中： m G m = (M i EF i i =1(2M i 生產(chǎn)活動(dòng)中一個(gè)功能單位消耗的第 i 類物質(zhì)實(shí)物量，單位為千克（kg ）； EF i 第 i 類物質(zhì)排放因子, 單位為千克二氧化碳當(dāng)量/千克（kgCO 2e/kg）。4.2 產(chǎn)品制造階段的碳排放核算式中： n G p = (M j EF j j =1(3E j 生產(chǎn)活動(dòng)中一個(gè)功能單位消耗的第 j 類能源實(shí)物量，單位為千克（kg ）； EF j 第 j 類一次能源燃燒或二次能源使用的排放因子，單位為千克二氧化碳當(dāng)量/千克（kgCO 2e/kg）。4.3 模型的適用范圍該模型主要用于采用池窯法生產(chǎn)的玻璃纖維企業(yè)，但也可用于采用坩堝法生產(chǎn)的玻璃纖 維企業(yè)的內(nèi)部核算或者對(duì)外公開(kāi)的產(chǎn)品碳排放報(bào)告，也可用于第三方核查機(jī)構(gòu)對(duì)企業(yè)產(chǎn)品進(jìn) 行碳排放核查。5 結(jié)論本文根據(jù)玻璃纖維產(chǎn)品的生產(chǎn)特點(diǎn)，以產(chǎn)品生命周期中碳排放的量化為目標(biāo)，以建立玻 璃纖維產(chǎn)品的