能源及物料水足跡系數(shù)的界定

能源及物料水足跡系數(shù)的界定

0能源及物料水足跡系數(shù)紡織工業(yè)已成為影響最大的行業(yè)之一。它重視紡織工業(yè)對水資源的依賴性和高產(chǎn)量。在此背景下,紡織服裝產(chǎn)品的工業(yè)水足跡以其較強(qiáng)的實(shí)踐性,而成為國內(nèi)外學(xué)者和企業(yè)廣泛關(guān)注的課題。紡織服裝產(chǎn)品在工業(yè)生產(chǎn)階段使用大量的能源和物料,因此能源與物料的水足跡是該類產(chǎn)品工業(yè)水足跡的重要組成部分。其中,確定各類能源及物料的水足跡系數(shù)是計算其水足跡的基礎(chǔ)。目前,針對工業(yè)用能源及物料水足跡系數(shù)的研究尚處于起步階段,主要表現(xiàn)為:①未明確定義能源及物料水足跡系數(shù)的概念;②未提供核算時可參考的水足跡系數(shù)值;③未提出統(tǒng)一的計算方法。以上將直接影響核算結(jié)果的準(zhǔn)確性,為紡織服裝產(chǎn)品工業(yè)水足跡的比較帶來困難。對此,《水足跡手冊》(《WaterFootprintAssessmentManual》)提出,可通過判斷能源及物料水足跡的貢獻(xiàn),以避免涉及能源及物料的水足跡系數(shù)值。但如何準(zhǔn)確估算能源及物料的水足跡貢獻(xiàn)率還需進(jìn)一步探究。此外,在選擇能源及物料的水足跡系數(shù)值時,也要考慮不同國家或地區(qū)工業(yè)化與技術(shù)水平的不同,這將造成能源及物耗的使用效率不同,最終導(dǎo)致其水足跡系數(shù)值有所差異。因此,能源及物料的水足跡系數(shù)已成為制約水足跡評價應(yīng)用于紡織服裝產(chǎn)品的主要問題。本課題基于水足跡理論和方法,界定能源及物料水足跡系數(shù)概念,重點(diǎn)分析討論其核算方法,并對紡織服裝工業(yè)常用的若干能源及物料的水足跡系數(shù)進(jìn)行計算和不確定性分析。其研究成果可為紡織服裝產(chǎn)品工業(yè)水足跡的核算提供相對可靠的數(shù)據(jù)來源,同時有助于完善并加強(qiáng)紡織服裝產(chǎn)品工業(yè)水足跡核算體系的構(gòu)建與實(shí)踐,最終推進(jìn)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。1水足跡系數(shù)的基本概念水足跡(waterfootprint)概念于2002年由荷蘭水資源專家Hoekstra提出,近年來已成為國際水資源領(lǐng)域較先進(jìn)的研究方法。雖然發(fā)達(dá)國家正在研究建立水足跡核查、標(biāo)示等體系,但由于水足跡分析法是一種新發(fā)展起來的方法和工具,因此各方面的研究總體還處于探索階段。國際上水足跡評價管理的相關(guān)理論與方法目前并不成熟,更是少有學(xué)者對水足跡系數(shù)的基本概念進(jìn)行明確定義。鑒于水足跡是足跡概念系列的一部分,從方法學(xué)角度來看,水足跡與碳足跡(carbonfootprint)的研究存在較多相似性。特別是水足跡系數(shù)與溫室氣體排放因子(emissionfactor),兩者在研究目的和用途方面,表現(xiàn)出一定的可參照性。因此,結(jié)合碳足跡研究中的溫室氣體排放因子概念,即單位活動水平數(shù)據(jù)所釋放的溫室氣體量,對能源及物料的水足跡系數(shù)進(jìn)行了如下定義:能源/物料的水足跡系數(shù)是指單位能源/物料的產(chǎn)品水足跡值。基于水足跡理論,能源/物料水足跡系數(shù)L由直接能源/物料水足跡系數(shù)Ld與間接能源/物料足跡系數(shù)Li兩部分構(gòu)成,按式(1)計算:式(1)中:L———能源/物料水足跡系數(shù)Ld———直接能源/物料水足跡系數(shù)2水足跡評估reasocprinagsosmntman由于產(chǎn)品水足跡評估是水足跡系數(shù)核算的重要基礎(chǔ),因此能源及物料的水足跡系數(shù)核算體系與其產(chǎn)品水足跡評估過程基本一致。《WaterFootprintAssessmentManual》指出,完整的水足跡評估包括以下四個階段:設(shè)定目標(biāo)和范圍;水足跡核算;水足跡可持續(xù)評估;水足跡相應(yīng)方案制定。對于能源及物料水足跡系數(shù)核算體系,則應(yīng)重點(diǎn)研究設(shè)定目標(biāo)和范圍,以及水足跡核算兩個階段,具體包括核算框架、核算方法與數(shù)據(jù)收集。2.1水足跡系數(shù)根據(jù)前文對能源及物料水足跡系數(shù)基本概念的界定,能源/物料水足跡系數(shù)的核算框架如圖1所示。如圖1所示,直接能源/物料水足跡系數(shù)包括直接消耗的藍(lán)水足跡系數(shù)與廢水排放產(chǎn)生的灰水足跡系數(shù);間接能源/物料水足跡系數(shù)指其間接消耗原料、輔料及能源的隱含水足跡系數(shù)。核算的范圍(系統(tǒng)邊界)都設(shè)定為能源/物料的全生命周期尺度,包括產(chǎn)品系統(tǒng)中前后銜接的一系列階段,從自然界或從自然資源中獲取原材料,直至生命周期結(jié)束,包括任何回收利用或回收活動。此外,考慮到方便劃分系統(tǒng)邊界,核算不包括以下內(nèi)容:不具有顯著貢獻(xiàn)的生產(chǎn)系統(tǒng)中所有工序的水足跡(大于1%,當(dāng)僅對最大組件感興趣時為大于10%);與人類相關(guān)活動的生活用水與排水;工廠、倉庫、中央配給中心、辦公室等所產(chǎn)生的水足跡;系統(tǒng)邊界以外的各種原料和能源向評價對象生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)輸過程產(chǎn)生的水足跡,以及作為評價對象的能源及物料進(jìn)入下一生產(chǎn)或消費(fèi)環(huán)節(jié)的運(yùn)輸過程產(chǎn)生的水足跡。2.2能源/物料水足跡系數(shù)的確定基于能源及物料水足跡系數(shù)的基本概念與核算框架,結(jié)合國際標(biāo)準(zhǔn)方法《WaterFootprintAssessmentManual》,本研究分別確定了組成能源/物料水足跡系數(shù)的藍(lán)水足跡系數(shù)、灰水足跡系數(shù)以及隱含水足跡系數(shù)的具體核算方法。(1)藍(lán)水足跡系數(shù)藍(lán)水足跡系數(shù)是指單位能源/物料的藍(lán)水足跡值,如式(2)所示。其中,藍(lán)水足跡值由系統(tǒng)邊界內(nèi)取水量減去回用水量計算而得:式(2)中:Lblue———能源/物料的藍(lán)水足跡系數(shù)Vd———系統(tǒng)邊界內(nèi)取水量(體積)Q———能源/物料的活動強(qiáng)度(質(zhì)量或體積或千米或千瓦時)(2)灰水足跡系數(shù)的確定灰水足跡系數(shù)是指單位能源/物料的灰水足跡值,如式(3)所示。本文采用國際標(biāo)準(zhǔn)方法《WaterFootprintAssessmentManual》中提出的灰水足跡計算方法,測定系統(tǒng)邊界內(nèi)由廢水排放引起的水環(huán)境污染:式(3)中:Lgray———能源/物料的灰水足跡系數(shù)Veffl———系統(tǒng)邊界內(nèi)廢水排放量(體積)Ceffl———系統(tǒng)邊界內(nèi)廢水中污染物濃度(質(zhì)量/體積)Cnat———接受水體本身的自然濃度(質(zhì)量/體積)Q———能源/物料的活動強(qiáng)度(質(zhì)量或體積或千米或千瓦時)由于廢水中一般同時含有如汞、鎘、六價鉻、鉛、揮發(fā)酚、氰化物、化學(xué)需氧量、石油類以及氨氮等多種污染物,因此,在實(shí)際計算時可以選擇廢水中含有的最典型的污染物或與當(dāng)?shù)厮|(zhì)差異最顯著的污染物指標(biāo)為代表,并計算灰水足跡值,以獲得能源/物料的灰水足跡系數(shù)。(3)水足跡系數(shù)隱含水足跡系數(shù)是指單位能源/物料在系統(tǒng)邊界內(nèi)所消耗的原料、輔料以及能源所隱含的水足跡值,如式(4)所示:式中:Lvirtual———能源/物料的隱含水足跡系數(shù)Mi———第i種原料/輔料/能源的消耗量(質(zhì)量或體積或千米或千瓦時)ki———第i種原料/輔料/能源的水足跡系數(shù)Q———能源/物料的活動強(qiáng)度(質(zhì)量或體積或千米或千瓦時)2.3基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及方法能源及物料水足跡系數(shù)的計算需要兩種類型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),一種是全國各大流域環(huán)境承載力的系統(tǒng)數(shù)據(jù),另一種是行業(yè)投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)。鑒于對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)公信性、適用性和時效性的要求,本研究所涉及的數(shù)據(jù)來源主要包括國家標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)計年鑒、地方標(biāo)準(zhǔn)以及其它科研文獻(xiàn)等核算資料。國家標(biāo)準(zhǔn)主要包括清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、取水定額標(biāo)準(zhǔn)、紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)等,例如HJ446—2008《清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)煤炭采選業(yè)》、GB/T18916.4—2002《取水定額第4部分:棉印染產(chǎn)品》、GB4287—1992《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。考慮到上述國家標(biāo)準(zhǔn)由國家權(quán)威部門編制發(fā)布,并且明確規(guī)定了水資源取用量、排放量及回用率等限額數(shù)據(jù),因此在核算時當(dāng)優(yōu)先采用。統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)包括由國家統(tǒng)計局出版發(fā)行的《中國統(tǒng)計年鑒》,以及由國家統(tǒng)計局和環(huán)境保護(hù)部編制的《中國環(huán)境統(tǒng)計年報》。在國家標(biāo)準(zhǔn)無法提供核算所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時,可參考上述統(tǒng)計年鑒中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算。地方標(biāo)準(zhǔn)主要指地方用水定額標(biāo)準(zhǔn),例如DB23/T727—2003《黑龍江省地方標(biāo)準(zhǔn)用水定額》。由于地方標(biāo)準(zhǔn)由省、自治區(qū)、直轄市的標(biāo)準(zhǔn)化行政主管部門負(fù)責(zé)制定,因此只有在國家標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)計年鑒均無法提供所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時,方可參考地方標(biāo)準(zhǔn)。由于不同地區(qū)的水資源狀況存在較大差異,因此不能直接將某一省市的限額數(shù)據(jù)視為核算數(shù)據(jù)。本研究綜合考慮各地區(qū)水資源、生產(chǎn)力、居民生活水平等因素差異,采用不同地區(qū)相關(guān)限額數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值(上下浮動一定比率)作為最終的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。此外,若國家標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)計年鑒以及地方標(biāo)準(zhǔn)均無法提供核算所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時,可參考有代表性的科研文獻(xiàn)等核算資料。3計算與評估3.1紡織服裝工業(yè)常用的能源及物料類型自2009年起,本課題組調(diào)研了有關(guān)紡織服裝企業(yè),同時參考已有相關(guān)資料,了解研究紡織服裝工業(yè)常用的能源及物料種類?；谏鲜瞿茉醇拔锪纤阚E系數(shù)核算體系,本研究對若干常用能源及物料的水足跡系數(shù)進(jìn)行計算,核算結(jié)果分別見表1和表2。3.2核算結(jié)果的不確定性分析由于在實(shí)際核算過程中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)種類繁多,不同類型數(shù)據(jù)精度不同,以及相同類型數(shù)據(jù)來源不同,因此從輸入數(shù)據(jù)角度來看,上述核算體系的可靠性可能存在爭議,有必要對其可靠性進(jìn)行評價,即對能源及物料水足跡系數(shù)核算結(jié)果進(jìn)行不確定性分析。雖然不確定分析不能降低核算體系內(nèi)在的不確定性,但是它能夠確定風(fēng)險水平,并進(jìn)一步為紡織服裝產(chǎn)品工業(yè)水足跡評價提供更好的決策支持。(1)收集原則設(shè)定本研究首先根據(jù)能源/物料水足跡系數(shù)構(gòu)成,分別從藍(lán)水足跡系數(shù)、灰水足跡系數(shù)和隱含水足跡系數(shù)三個方面進(jìn)行過程數(shù)據(jù)的質(zhì)量等級評估。評估等級按照基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集原則(2.3節(jié))進(jìn)行設(shè)定,如表3所示。其次,按照藍(lán)水足跡系數(shù)、灰水足跡系數(shù)、隱含水足跡系數(shù)分別占總水足跡系數(shù)的比例,按照式(5)對其等級分進(jìn)行加權(quán)平均,以獲得核算結(jié)果的數(shù)據(jù)質(zhì)量等級分:Qblue———藍(lán)水足跡系數(shù)數(shù)據(jù)質(zhì)量等級分Qgray———灰水足跡系數(shù)數(shù)據(jù)質(zhì)量等級分Qvirtual———隱含水足跡系數(shù)質(zhì)量等級分最后,按照表4對數(shù)據(jù)質(zhì)量等級分進(jìn)行定性評價。評價等級數(shù)值越小,表明數(shù)據(jù)質(zhì)量越好,核算體系不確定性越低。(2)不確定性由表5可知,常用能源水足跡系數(shù)核算結(jié)果的數(shù)據(jù)質(zhì)量等級分大多較高,數(shù)據(jù)等級大多為第一級或第二級。特別是焦炭水足跡系數(shù)核算結(jié)果的等級分為5.8分,說明數(shù)據(jù)質(zhì)量較好,核算結(jié)果的不確定性較小。蒸汽水足跡系數(shù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量等級分相對較低,數(shù)據(jù)等級為第四級,這是由于目前尚未有國家標(biāo)準(zhǔn)(如清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)或取水定額標(biāo)準(zhǔn))針對蒸汽的新鮮水取用量進(jìn)行明確規(guī)定,因此采用地方標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算,必然存在不確定性。表6顯示,基于本研究提出的核算體系計算得到的常用物料水足跡系數(shù),紙制品和紡織制品的數(shù)據(jù)質(zhì)量等級分較高,數(shù)據(jù)等級均為第一級,數(shù)據(jù)質(zhì)量相對較好。而對于一些常用物料的水足跡系數(shù)核算結(jié)果,由于缺乏國家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)數(shù)據(jù),因此數(shù)據(jù)質(zhì)量等級略低,不確定性有待提高。由于在數(shù)據(jù)收集過程中存在不可避免的隨機(jī)誤差、關(guān)鍵數(shù)據(jù)缺乏和數(shù)據(jù)代表性不足等因素,導(dǎo)致能源及物料水足跡系數(shù)核算結(jié)果表現(xiàn)出不同程度的不確定性。但整體看來,本研究的核算結(jié)果數(shù)據(jù)質(zhì)量等級分大多較高,評價等級較小,核算體系不確定性較低。4紡織服裝用能源及物料水足跡系數(shù)核算數(shù)據(jù)庫的建立紡織服裝工業(yè)用能源及物料的水足跡系數(shù)是紡織服裝產(chǎn)品工業(yè)水足跡的重要組成部分。目前,相關(guān)研究較少涉及能源及物料水足跡系數(shù)的基本概念及其核算體系,使得水足跡評價仍難以在紡織服裝行業(yè)廣泛應(yīng)用。實(shí)證分析結(jié)果表明,本研究構(gòu)建的紡織服裝工業(yè)用能源及物料水足跡系數(shù)核算體系,能夠提供相對科學(xué)合理的能源及物料水足跡系數(shù)數(shù)據(jù)來源,為紡織服裝產(chǎn)品工業(yè)