一种用于汽车发动机缸盖全生命周期碳排放核算方法与流程

1.本发明涉及汽车发动机技术领域和生命周期评价领域，尤其涉及汽车发动机 缸盖全生命周期碳排放核算方法。


背景技术：

2.随着人类社会的发展，全球气候问题愈发严重，气候变暖已成为各国各界重 点关注的话题，与之相关的不可逆风险点给人类可持续发展带来了诸多不确定性。 我国是全球最大的汽车制造国，2020年我国汽车保有量已达2.81亿辆，产销量 为2522.5万辆和2531.1万辆。生命周期评价(life cycle assessment，lca)是生 态设计的标准评价方法，已在全球范围内获得认可，目前已纳入iso14040系列 和gb/t24040系列，涉及碳足迹，水足迹，碳排放核算等各类评价内容，是汽 车发动机缸盖绿色设计的关键技术之一。
3.发动机是汽车的关键零部件，开展动机缸盖全生命周期碳排放核算方可以帮 助企业分析其原料开采、生产制造、使用回收各阶段的碳排放量并从中识别关键 点进而提出优化方案，对发动机全生命周期碳减排具有重大意义。生命周期评价 方法包含了汽车发动机缸盖从生产到使用直至报废回收整个生命过程，通过对汽 车发动机缸盖整个生命周期的原料和能源的输入以及环境排放的输出，从而评价 该汽车发动机缸盖对环境的影响，是一种客观分析某汽车发动机缸盖生命周期各 过程对环境造成的影响程度的方法。生命周期评价方法计算出的结果具有针对性、 客观性的优点，是一种自下而上的计算碳排放量的方法。
4.现有技术中，专利文献cn 108229793a公开了一种汽车节能减排分析方法， 专利文献cn 112200480a公开了一种用于发动机缸盖全生命周期评价的数据收集 方法，在汽车产品生命周期评价相关研究有相关文献公开，但汽车发动机缸盖全 生命周期碳排放核算相关研究还未见有文献公开。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种用于汽车发动机缸盖全生命周期碳 排放核算方法，用于进行汽车发动机缸盖在生命周期中的碳排放核算及评价，帮 助企业分析碳排放关键点，识别碳减排方向，达到保护环境的目的。
6.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.本发明提供一种用于汽车发动机缸盖全生命周期碳排放核算方法，包括以下 步骤：
8.步骤1、目标和范围的确定；
9.步骤2、清单分析；
10.步骤3、影响评价；
11.步骤4、结果解释。
12.步骤1中，目标和范围的确定主要包含目标、功能单位和产品边界三部分内 容：
13.1.目标：获取汽车发动机缸盖生命周期的碳排放信息，掌握汽车发动机缸盖 生命周期碳排放指标及其在各阶段的分布，从温室效应的环境角度审查一个产品 系统，识别产品生产系统的碳排放影响，分析减少产品碳排放量的方向和途径。
14.2.功能单位：评价的功能单位为一个某型号的汽车发动机缸盖产品，成品重 量为xkg。
15.3.边界范围：包含原材料获取阶段、生产制造阶段、回收阶段。具体范围见 图1
16.步骤2中，通过调研完成数据收集，收集内容包含生产单位工厂基本资料、 产品说明、工艺流程、主要原/辅料、能源资源消耗、产品或废弃物运输及包装、 排放及处理等六个方面。
17.步骤3中，运用生命周期评价方法体系进行影响评价分析，该步骤以特征化 分析为主。特征化分析采用当量系数法，通过主要的温室气100年的全球增温潜 势(gwp100a)表1(部分)计算获取，主要能源/物质对应当量系数见表2。分 析所涉及的背景数据来自calcd(中国汽车生命周期数据库)。
18.由于目前常见的碳排放核算方法未考虑回收材料的减排效果及生产过程材 料利用率所引起的碳排放计算偏差，对于主要材料进行了因子校正。
19.表1.主要的温室气体100年的全球增温潜势(gwp100a)
20.工业名称分子式gwp100a二氧化碳co21甲烷ch428氧化亚氮n2o265六氟化硫sf623500三氟化氮nf316100
21.表2.主要能源/物质主要能源/物质对应碳排放当量系数
22.能源/燃料名称碳排放系数单位全国电网平均供电0.635kgco2e/kwh水电0.035kgco2e/kwh风电0.006kgco2e/kwh核电0.014kgco2e/kwh煤火电0.971kgco2e/kwh光伏发电0.048kgco2e/kwh钢铁2.38kgco2e/kwh铝合金16.38kgco2e/kwh天然气0.07kgco2e/m3汽油0.487kgco2e/l柴油0.535kgco2e/l煤0.08kgco2e/kg低压蒸汽(0.3mpa)0.31kgco2e/kg
23.本步骤核算的汽车发动机缸盖生命周期碳排放为：
24.c
total
＝c
materials
c
production
c
recycle
ꢀꢀ
(1)
25.式中：
26.c——汽车发动机缸盖生命周期的碳排放量，单位为千克二氧化碳当量 (kgco2e)；
27.c
materials
——原材料获取阶段碳排放量，单位为千克二氧化碳当量(kgco2e)；
28.c
production
——生产阶段碳排放量，单位为千克二氧化碳当量(kgco2e)；
29.c
recycle
——回收阶段碳排放量，单位为千克二氧化碳当量(kgco2e)；
30.各阶段碳排放计算方法如下：
31.ci＝∑cef
ij
×qj-∑cef
ik
’×
qkꢀꢀ
(2)
32.式中，
33.cef
ij
——阶段i涉及的能源/物质j的碳排放系数；
34.q
ij
——阶段i中清单物质/能源j的量；
35.cef
ik’——阶段i涉及的主要物质k的碳排放校正系数；
36.qk——阶段i中清单主要物质k的量。
37.其中，主要物质k的碳排放校正系数cef
k’通过公式(3)计算
[0038][0039]
cefk——主要物质k的碳排放系数(查表可得)
[0040]
cefk‘’
——主要物质k回收材料的碳排放系数(可通过文献资料或者材料碳 足迹报告获取)
[0041]
α——物质k的损耗率(无量纲)
[0042]
β——物质k回收材料含量。
[0043]
由于在发动机缸盖的生产过程中，切削磨损、污染会产生一定的损耗，同时 回收材料相对原生材料生产过程能耗较低，具备一定的减碳潜力(碳排放系数较 低)，目前各大发动机生产商均在考虑添加回收材料进行生产。本发明对主要物 质k的碳排放校正系数cef
k’采用了以上的公式(3)，将主要物质的有效利用率 (η＝1-α)和回收材料占比β统筹考虑，分子部分代表掺杂有回收材料的主要物 质的平均碳排放系数，分母部分代表产出物和实际消耗的主要物质的数量之比。 通过该公式可以更好的贴近实际生产情况，同时可以帮助识别回收材料对发动机 缸盖全生命周期的减碳贡献程度，对于推进资源循环利用，降低发动机缸盖产品 碳排放具有较大意义。
[0044]
步骤4中，主要对生命周期评价计算结果进行解释，阐明影响环境的关键过 程和重要污染源，并通过分析不同有效利用率和回收材料比例的碳排放结果进行 灵敏度分析提出优化方案。
[0045]
采用以上技术方案，本发明的汽车发动机缸盖全生命周期碳排放核算方法可 以科学、客观、综合的核算汽车发动机缸盖全生命周期的碳排放量，帮助企业分 析碳排放关键点，识别碳减排方向，达到保护环境的目的。
附图说明
[0046]
图1.汽车发动机缸盖生命周期系统边界示意图。
具体实施方式
[0047]
以下结合附图和参考本发明优选实施例对本发明技术方案做进一步描述，以 充分地了解本发明的目的、特征和效果，使其技术内容更加清楚和便于理解。本 发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，这些实施例为示例性描述，本 发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
[0048]
本实施例以重庆长安汽车股份有限公司江北发动机工厂为例做详细说明。重 庆长安汽车股份有限公司是中国汽车四大集团阵营企业，也是中国最大的自主品 牌汽车企业。长安汽车开展了汽车发动机缸盖全生命周期碳排放核算研究，对汽 车发动机缸盖产品的碳排放核算评价及碳减排具有重要的指导意义。
[0049]
第一步、确定核算目标、功能单位和产品边界
[0050]
碳排放核算的对象为重庆长安汽车股份有限公司2018年生产的某款汽车发 动机缸盖产品，单件产品成品重量为11.51kg。
[0051]
核算目标是为了获取该款汽车发动机缸盖生命周期的碳排放信息，掌握汽车 发动机缸盖生命周期碳排放指标及其在各阶段的分布，从温室效应的环境角度审 查产品系统，识别产品生产系统的碳排放影响，分析减少产品碳排放量的方向和 途径。
[0052]
核算的边界范围包含原材料获取阶段、生产制造阶段、回收阶段三个阶段,， 参见图1。
[0053]
第二步：清单分析；通过调研完成数据收集，收集内容包含生产单位工厂基 本资料、产品说明、工艺流程、主要原/辅料、能源资源消耗、产品或废弃物运 输及包装、排放及处理六个方面。
[0054]
生命周期清单数据来源于江北发动机工厂现场收集和相关文献的调研数据， 数据收集结果如下：
[0055]
表3.某款汽车发动机缸盖产品的生产原料清单
[0056]
原料名称重量/kg运输方式运输距离/km铝合金12.157陆运(重卡运输)70
[0057]
表4.某款汽车发动机缸盖产品的生产辅料清单
[0058]
辅料名称单位产品用量切削液kg0.22氩气kg0.0013氮气kg0.035涂料kg0.0014液压油kg0.0029过滤网个4.25清洗剂kg0.049磨削液kg0.0039机油kg0.023防锈油kg0.0047
[0059]
表5.某款汽车发动机缸盖产品的生产能源消耗清单
[0060][0061][0062]
表6.某款汽车发动机缸盖产品的生产排放清单
[0063][0064]
表7.某款汽车发动机缸盖产品的回收重量、能源输入和废弃物输出清单
[0065][0066][0067]
第三步，影响评价分析
[0068]
数据收集完成后，运用cml 2001方法进行影响评价分析，该步骤以特征化 分析为主。特征化分析采用当量系数法，分析所涉及的背景数据来自calcd(中 国汽车生命周期数据库)。同时考虑回收材料的减排效果及生产过程材料利用率 所引起的碳排放计算偏差，回收材料占比为10％，材料有效利用率为90％，采用 如下方法进行计算：
[0069]ctotal
＝c
materials
c
production
c
recycle
ꢀꢀ
(1)
[0070]
式中：
[0071]
c——汽车发动机缸盖生命周期的碳排放量，单位为千克二氧化碳当量 (kgco2e)；
[0072]cmaterials
——原材料获取阶段碳排放量，单位为千克二氧化碳当量(kgco2e)；
[0073]cproduction
——生产阶段碳排放量，单位为千克二氧化碳当量(kgco2e)；
[0074]crecycle
——回收阶段碳排放量，单位为千克二氧化碳当量(kgco2e)；
[0075]
各阶段碳排放计算方法如下：
[0076]ci
＝∑cef
ij
×qj-∑cef
ik
’×
qkꢀꢀ
(2)
[0077]
式中，
[0078]
cef
ij
——阶段i涉及的能源/物质j的碳排放系数；
[0079]qij
——阶段i中清单物质/能源j的量；
[0080]
cef
ik’——阶段i涉及的主要物质k的碳排放校正系数；
[0081]
qk——阶段i中清单主要物质k的量。
[0082]
其中，主要物质k的碳排放校正系数cef
k’通过公式(3)计算
[0083][0084]
cefk——主要物质k的碳排放系数(查表可得)
[0085]
cefk‘’
——主要物质k回收材料的碳排放系数(可通过文献资料或者材料碳 足迹报告获取)
[0086]
α——物质k的损耗率(无量纲)
[0087]
β——物质k回收材料含量。
[0088]
计算分析结果如下：
[0089]
碳排放量单位原材料阶段生产阶段回收阶段总值ckgco2e233.4948.27-176.90104.86
[0090]
第四步，结果解释
[0091]
由以上的生命周期碳排放计算结果显示，原材料获取阶段碳排放量最高，其 次是生产阶段，回收阶段对该款汽车发动机缸盖产品具有显著的减碳作用。灵敏 度分析显示，提高主要材料的有效利用率和回收材料占比可以有效降低产品的全 生命周期碳排放,将材料的有效利用率提升至95％，可以减碳12.29kg；将回收材 料占比提升至20％，可以减碳24.79kg。故从汽车发动机缸盖产品减碳的角度考 虑，建议优先采用低碳排放系数的原材料，同时增加产品材料的回收比例、有效 利用率和回收材料占比。
[0092]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无 需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领 域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限 的试验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。