丝绸产品生命周期碳中和量化与评价方法与流程

1.本发明属于丝绸行业的温室气体管控领域，具体涉及了基于生命周期评价理论的产品碳足迹核算、碳中和量化与评价方法。


背景技术：

2.全球性的气候变化已成为21世纪人类共同面临的重大挑战。以二氧化碳为主的温室气体过度排放是造成全球气候变化的直接原因，为应对全球气候变化的挑战。中国是世界第一大蚕茧和生丝生产国，蚕茧和生丝产量占全球80％以上，在生产和出口大量丝绸产品的同时，消耗了较多的能源并产生了大量以co2为主的温室气体。因此，在当前实现碳中和的趋势和要求下，针对丝绸产品生命周期内的碳中和进行量化与评价迫在眉睫。
3.碳中和是通过增加碳汇、ccus、购买碳配额等方式，将以二氧化碳当量量化的温室气体排放量完全抵消，达到边界范围内二氧化碳当量为零的状态。产品层面的碳中和是产品生命周期内的碳足迹为零的情景，也即产品生产、消费等产生的温室气体排放经产品固碳、企业增加和(或)购买碳汇完全抵消。
4.丝绸产品生命周期过程包括桑树种植、蚕养殖、缫丝、织造、染整、制成品生产、销售、消费者使用、废弃等，每个阶段的温室气体排放和去除不尽相同。例如，在桑树种植阶段的耕作、施肥、灌溉等，产生温室气体排放；在养蚕阶段因桑叶采摘、运输、蚕房的清洁养护等消耗能源而产生温室气体排放；缫丝、织造、染整、成衣生产等工业阶段中，消耗能源、化学品等并产生温室气体排放；在丝绸产品的使用阶段，家庭洗涤护理过程消耗了水资源、洗涤剂、电能等，产生温室气体排放。桑树的光合作用会吸收空气中的二氧化碳，具有碳中和效应；丝绸产品生产企业购买碳汇，亦同样具有碳中和效应。
5.在上述丝绸产品生命周期内碳排放来源复杂难以量化，同时丝绸产品固碳效应易被忽略，导致无法对丝绸产品生产的碳足迹和碳化综合效应进行量化，进而影响管控丝绸产品生产的高排放链段的效果。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供丝绸产品生命周期碳中和量化与评价方法，针对现有核算方法缺失的问题，提出可以量化丝绸产品生命周期内碳中和的量化与评价方法。
7.为了解决上述技术方案，具有以下有益效果：
8.丝绸产品生命周期碳中和量化与评价方法，其特征在于包括如下步骤：
9.(1)定义丝绸产品碳足迹并构建其核算模型；
10.(2)定义丝绸产品生物碳含量并构建其评价模型；
11.(3)量化系统边界内碳减排情况；
12.(4)确定分配到功能单位丝绸产品的碳汇和碳配额；
13.(5)依据选定功能单位丝绸产品的碳足迹、选定功能单位丝绸产品的生物碳含量、分配到功能单位丝绸产品的碳汇及分配到功能单位丝绸产品的碳配额量化丝绸产品的碳
中和情况。
14.优选后，所述步骤(1)包括：
15.1.1绘制丝绸产品的生命周期过程；
16.丝绸产品产业链较长且涉及环节较多，用产品生命周期的概念可将其分为桑树种植、蚕养殖、缫丝、织造、染整、制成品生产、分销零售、消费者使用、废弃处置及回收再利用阶段。
17.1.2确定系统边界和优先序；
18.系统边界定义了丝绸产品碳足迹计算的范围，其关键原则是列入所有的“实质性”排放，即由选定的丝绸产品在生产、使用、处置或再生利用的过程中直接或间接产生的排放。温室气体系统排放的基本单元包括原材料、能源、主要商品、制造业和服务业供应、生产经营场所的运营、运输、储存、使用阶段和最后处理过程。
19.1.3数据收集；
20.计算碳足迹需要活动水平数据和排放因子两类数据。前者是指产品生命周期中涉及的所有材料和能源(物料输入和输出、能源使用、运输等)；后者可将这些数字转换成温室气体排放量。活动水平数据和排放因子可来自初级或次级数据。
21.1.4计算丝绸产品碳足迹；
22.丝绸产品碳足迹是整个丝绸产品生命周期中所有活动的所有材料、能源和废物乘以其排放因子之和。
23.优选后，所述步骤1.4：采用式1计算丝绸产品碳足迹：
[0024][0025]
式中：cf为丝绸产品碳足迹，ii为第i类投入，fi为第i类投入的碳排放系数，即生产单位丝绸产品i所引发的co2等温室气体的排放量。
[0026]
优选后，所述步骤(2)，丝绸产品生物碳含量用于量化产品对co2的吸收固定情况。丝绸产品碳足迹不变的情况下，丝绸产品生物碳含量越大，丝绸产品碳中和效应就越强，丝绸产品生产对环境的影响程度就越小；反之，丝绸产品生产对环境的影响程度就越大；具体采用如下步骤：
[0027]
2.1确定选定的丝绸产品的蚕丝用量；
[0028]
2.2根据步骤2.1的数据结果，计算选定丝绸产品的生物碳含量情况。
[0029]
优选后，所述步骤2.2：采用式2计算选定丝绸产品的生物碳含量情况：
[0030][0031]
式中：c
bio
为以二氧化碳当量量化的功能单位丝绸产品中生物碳含量，m
bio
为丝绸产品蚕丝用量，为蚕丝含水量，rc为蚕丝含碳量，44为co2的摩尔质量，12为c的摩尔质量。
[0032]
优选后，所述步骤(3)：采用式3量化系统边界内的碳减排：
[0033]cred
＝cf
bef-cf
aft
[0034]
—式3
[0035]
式中，c
red
为碳减排量(kg co2e)，cf
bef
为采用清洁生产技术、使用清洁能源等措施之前功能单位丝绸产品的碳足迹(kg co2e)，cf
aft
为采用清洁生产技术、使用清洁能源等措施之后功能单位丝绸产品的碳足迹(kg co2e)。
[0036]
进一步，所述步骤(4)：碳汇指以植树造林、植被恢复、土地或海洋利用等方式从大气中清除二氧化碳的过程、活动或机制。丝绸产品生产企业通过增加碳汇的方式，将以二氧化碳当量量化的温室气体排放量完全抵消，达到边界范围内二氧化碳当量为零的状态，本发明中分配到功能单位丝绸产品的碳汇用 c
sin
表示。碳配额指在碳排放权交易市场中参与碳排放权交易的单位和个人依法取得的可用于交易和碳市场重点排放单位温室气体排放量抵扣的指标。丝绸产品生产企业通过增加碳配额的方式，将以二氧化碳当量量化的温室气体排放量完全抵消，达到边界范围内二氧化碳当量为零的状态，本发明中分配到功能单位丝绸产品的碳配额用c
all
表示。
[0037]
优选后，所述步骤(5)的具体步骤包括：
[0038]
5.1：量化选定的丝绸产品的碳中和情况；
[0039]
5.2：将选定丝绸产品的碳中和结果进行评价并输出报告。
[0040]
优选后，所述步骤5.1：采用式4计算选定丝绸产品的碳中和情况：
[0041]csin
c
all
c
ccus-cf
aft
＝0
[0042]
—式4
[0043]
式中：c
sin
为分配到功能单位丝绸产品的碳汇(kg co2e)，c
all
为分配到功能单位丝绸产品的碳配额(kg co2e)，c
ccus
为分配到功能单位丝绸产品的ccus 二氧化碳当量(kg co2e)，cf
aft
为采用清洁生产技术、使用清洁能源等措施之后功能单位丝绸产品的碳足迹(kg co2e)。
[0044]
由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：
[0045]
本发明针对丝绸产品生命周期内碳排放来源复杂难以量化，同时丝绸产品固碳效应易被忽略的问题，综合运用碳足迹核算方法与碳中和量化方法对丝绸产品生产的碳足迹和碳中和效应进行量化，旨在通过综合分析获取相对客观、科学的丝绸产品碳足迹情况，从而识别并管控丝绸产品生产的高排放链段，以减少丝绸产品生产带来的碳排放和其他环境影响。
附图说明
[0046]
下面结合附图对本发明做进一步说明：
[0047]
图1为1kg黑色桑蚕丝香云纱碳中和原理图。
具体实施方式
[0048]
本旨在提供丝绸产品生命周期碳中和量化与评价方法，包括如下步骤：
[0049]
(1)定义丝绸产品碳足迹并构建其核算模型；
[0050]
1.1绘制丝绸产品的生命周期过程；
[0051]
丝绸产品产业链较长且涉及环节较多，用产品生命周期的概念可将其分为桑树种植、蚕养殖、缫丝、织造、染整、制成品生产、分销零售、消费者使用、废弃处置及回收再利用阶段。
[0052]
1.2确定系统边界和优先序；
[0053]
系统边界定义了丝绸产品碳足迹计算的范围，其关键原则是列入所有的“实质性”排放，即由选定的丝绸产品在生产、使用、处置或再生利用的过程中直接或间接产生的排放。温室气体系统排放的基本单元包括原材料、能源、主要商品、制造业和服务业供应、生产经营场所的运营、运输、储存、使用阶段和最后处理过程。
[0054]
1.3数据收集；
[0055]
计算碳足迹需要活动水平数据和排放因子两类数据。前者是指产品生命周期中涉及的所有材料和能源(物料输入和输出、能源使用、运输等)；后者可将这些数字转换成温室气体排放量。活动水平数据和排放因子可来自初级或次级数据。
[0056]
1.4计算丝绸产品碳足迹；
[0057]
丝绸产品碳足迹是整个丝绸产品生命周期中所有活动的所有材料、能源和废物乘以其排放因子之和，采用式1计算丝绸产品碳足迹：
[0058][0059]
式中：cf为丝绸产品碳足迹，ii为第i类投入，fi为第i类投入的碳排放系数，即生产单位丝绸产品i所引发的co2等温室气体的排放量。
[0060]
(2)定义丝绸产品生物碳含量并构建其评价模型；
[0061]
丝绸产品生物碳含量用于量化产品对co2的吸收固定情况。丝绸产品碳足迹不变的情况下，丝绸产品生物碳含量越大，丝绸产品碳中和效应就越强，丝绸产品生产对环境的影响程度就越小；反之，丝绸产品生产对环境的影响程度就越大；具体采用如下步骤：
[0062]
2.1确定选定的丝绸产品的蚕丝用量；
[0063]
2.2根据步骤2.1的数据结果，采用式2计算选定丝绸产品的生物碳含量情况：
[0064][0065]
式中：c
bio
为以二氧化碳当量量化的功能单位丝绸产品中生物碳含量，m
bio
为丝绸产品蚕丝用量，为蚕丝含水量，rc为蚕丝含碳量，44为co2的摩尔质量，12为c的摩尔质量。
[0066]
(3)量化系统边界内碳减排情况；
[0067]
采用式3量化系统边界内的碳减排：
[0068]cred
＝cf
bef-cf
aft
[0069]
—式3
[0070]
式中，c
red
为碳减排量(kg co2e)，cf
bef
为采用清洁生产技术、使用清洁能源等措施
之前功能单位丝绸产品的碳足迹(kg co2e)，cf
aft
为采用清洁生产技术、使用清洁能源等措施之后功能单位丝绸产品的碳足迹(kg co2e)。
[0071]
(4)确定分配到功能单位丝绸产品的碳汇和碳配额；
[0072]
碳汇指以植树造林、植被恢复、土地或海洋利用等方式从大气中清除二氧化碳的过程、活动或机制。丝绸产品生产企业通过增加碳汇的方式，将以二氧化碳当量量化的温室气体排放量完全抵消，达到边界范围内二氧化碳当量为零的状态，本发明中分配到功能单位丝绸产品的碳汇用c
sin
表示。碳配额指在碳排放权交易市场中参与碳排放权交易的单位和个人依法取得的可用于交易和碳市场重点排放单位温室气体排放量抵扣的指标。丝绸产品生产企业通过增加碳配额的方式，将以二氧化碳当量量化的温室气体排放量完全抵消，达到边界范围内二氧化碳当量为零的状态，本发明中分配到功能单位丝绸产品的碳配额用c
all
表示。
[0073]
(5)依据选定功能单位丝绸产品的碳足迹、选定功能单位丝绸产品的生物碳含量、分配到功能单位丝绸产品的碳汇及分配到功能单位丝绸产品的碳配额量化丝绸产品的碳中和情况；具体步骤包括：
[0074]
5.1：量化选定的丝绸产品的碳中和情况，采用式4计算：
[0075]csin
c
all
c
ccus-cf
aft
＝0
[0076]
—式4
[0077]
式中：c
sin
为分配到功能单位丝绸产品的碳汇(kg co2e)，c
all
为分配到功能单位丝绸产品的碳配额(kg co2e)，c
ccus
为分配到功能单位丝绸产品的ccus 二氧化碳当量(kg co2e)，cf
aft
为采用清洁生产技术、使用清洁能源等措施之后功能单位丝绸产品的碳足迹(kg co2e)。
[0078]
5.2：将选定丝绸产品的碳中和结果进行评价并输出报告。
[0079]
为便于理解本发明的技术方案，下面结合具体的实施例作进一步说明。
[0080]
以幅宽1.5m，单位质量0.15kg/m的黑色桑蚕丝香云纱为生命周期碳中和量化与评价研究对象，以1kg为功能单元，其生命周期主要包括原材料获取、丝绸产品制造、丝绸产品配送、回收处置四个阶段。
[0081]
步骤(1)
[0082]
1.1图1所示为该丝绸产品的碳中和原理图，制定该丝绸产品生产的系统边界和优先序，为从原材料获取到回收处置。
[0083]
步骤(2)
[0084]
2.1根据丝绸产品的生产工序图制定该丝绸产品生产的物质清单，单位为kg。
[0085]
制定的清单中：输入原料有养殖蚕及蚕茧、生丝、坯绸等，辅料包括薯莨汁液、矿物泥、冰醋酸、纯碱、软油等助剂。能源消耗主要涉及水、电、煤等，排放物为co2。将黑色桑蚕丝香云纱生产过程主要的2个阶段进行概述。
[0086]
原材料获取阶段主要有蚕养殖、缫丝等工序，以生产1kg黑色桑蚕丝香云纱所需的原料量折算原料生产过程的资源损耗和环境排放。资源消耗考虑蚕种、桑叶、饲料、水电等，环境排放考虑选茧、烘茧、煮茧、缫丝、复摇等工序消耗电能、蒸汽与化学品等造成的间接碳排放，同时考虑照明、风扇、办公电器的非生产耗电造成的间接碳排放。
[0087]
丝绸产品制造阶段是香云纱生命周期内的必要环节，这一阶段主要经过缝攀线、
浸莨水、晒莨、煮绸、晒干、过泥、洗泥、封莨、摊雾、水洗、封装等工艺。资源消耗主要考虑原料、新鲜水、化学品，环境排放考虑生产机械用电、蒸汽、锅炉燃煤等能源消耗造成的间接碳排放及照明、风扇、办公电器的非生产耗电造成的间接碳排放。
[0088]
步骤(3)
[0089]
3.1计算丝绸产品碳足迹；
[0090][0091]
结果如表1所示：
[0092]
表1 1kg黑色桑蚕丝香云纱碳足迹结果
[0093][0094][0095]
步骤(4)
[0096]
4.1计算选定丝绸产品的产品生物碳含量情况
[0097]
借助式2计算1kg黑色桑蚕丝香云纱的生物碳含量情况：
[0098][0099]
结果如表2所示：
[0100]
表2 1kg黑色桑蚕丝香云纱固碳量结果
[0101]
产品1kg黑色桑蚕丝香云纱生物碳含量(kgco2e)1.72
[0102]
步骤(5)
[0103]
5.1确定分配到功能单位丝绸产品的碳汇与碳配额：
[0104]
当前选定功能单位为1kg黑色桑蚕丝香云纱，分配的碳汇量如表3所示
[0105]
表3 1kg黑色桑蚕丝香云纱分配碳汇
[0106]
指标1kg黑色桑蚕丝香云纱碳汇(kgco2e)11.88
[0107]
当前选定功能单位为1kg黑色桑蚕丝香云纱，分配的碳配额如表4所示
[0108]
表4 1kg黑色桑蚕丝香云纱分配碳配额
[0109]
指标1kg黑色桑蚕丝香云纱碳配额(kgco2e)2.00
[0110]
步骤(6)计算选定丝绸产品的碳中和情况：
[0111]
6.1借助式3计算1kg黑色桑蚕丝香云纱的碳中和情况
[0112]
根据步骤3.1、4.1、5.1的计算结果，借助式4计算1kg黑色桑蚕丝香云纱的碳中和情况：
[0113]csin
c
all
c
ccus-cf
aft
＝0
[0114]
—式3
[0115]
可以看出该丝绸企业生产的1kg黑色桑蚕丝香云纱已实现碳中和。
[0116]
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。