張清華　云福　史翀祺

摘 要：建材工業(yè)是我國重要的高能耗、高排放產業(yè)，是我國控制和減少溫室氣體排放的重點關注行業(yè)。文章調研了大量建材碳排放研究方面相關的文獻，分析了我國典型建材產品碳排放研究的現(xiàn)狀。最后，展望了我國碳市場建設的進程及建材行業(yè)的加強碳排放控制和管理的必要性，提出加強產品碳排放的研究和管理、升級建材生產技術是降低建材企業(yè)在全國碳市場中的履約風險的重中之重。

關鍵詞：建材；碳排放；碳足跡

氣候變化、能源危機等全球性問題日益突出，可持續(xù)發(fā)展成為當今社會面臨的一個重要課題。我國政府明確了二氧化碳排放2030年左右達到峰值并努力盡早達峰等一系列行動目標，并將行動目標納入國家整體發(fā)展議程。建材工業(yè)是我國經濟建設的重要基礎行業(yè)，也是我國的高能耗高排放產業(yè)和減少碳排放的重點關注領域。針對我國典型建材產品不斷加強開展碳排放研究，可為建材行業(yè)減少碳排放提供理論基礎和依據(jù)，促進建材工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，對實現(xiàn)我國二氧化碳排放控制系列行動目標具有重要意義。

1 產品碳排放研究方法

產品碳排放通常采用碳足跡的研究方法。英國標準協(xié)會（BSI）于2008年10月發(fā)布了全球第一部基于生命周期評價理論的產品碳足跡標準PAS 2050，2010年升級為PAS2060，目前已經成為國際上開展碳足跡評價的主要方法依據(jù)。世界標準化組織基于PAS2050的框架和核心思想，推出了ISO14067標準，也是產品開展碳足跡研究的重要依據(jù)。碳足跡研究涵蓋的溫室氣體不僅包含二氧化碳（CO2），還包含甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、六氟化硫（SF6）、氫氟碳化物（HFCs）和全氟化碳（PFCs）等《京都議定書》指定的其它主要溫室氣體，不同溫室氣體的溫升潛力可參照聯(lián)合國政府間組織（IPCC）發(fā)布的溫室效應當量因子。此外，碳足跡不僅要考慮直接排放，還應該涵蓋間接排放。因此，碳足跡研究方法可以較好地反應一個產品整個生命周期內的碳排放整體情況，找出不同環(huán)節(jié)的碳排放影響，以便更好地控制和管理產品生命周期的碳排放。

2 幾種典型建材產品的碳足跡研究進展

近年來，我國研究人員對鋼材、水泥、混凝土產品、平板玻璃、建筑陶瓷等典型建材產品的碳排放開展了系列研究。

2.1 建筑鋼材

鋼鐵工業(yè)是我國重要的基礎工業(yè)部門，目前已形成包括礦山、燒結、焦化、煉鐵、軋鋼以及相應的鐵合金、耐火材料、碳素制品等門類齊全的完整工業(yè)體系。張濤等基于碳排放系數(shù)法構建了建筑材料全壽命期CO2排放計算模型，并提出了材料生產、運輸以及處置階段CO2排放因子的確定方法。鄒安全等利用經濟投入產出方法對鋼鐵產品生產各過程的碳排放貢獻進行了研究，系統(tǒng)邊界包括原料開采、生產、運輸階段的直接排放和間接排放，未考慮外購電力和原料等產生的間接排放并抵扣了余熱/余壓發(fā)電等廢能利用產生的減排效果。研究發(fā)現(xiàn)鋼鐵產品生命周期各階段的直接碳排放主要集中在鋼鐵生產和運輸階段，分別占78.9%和10.9%，其它過程占10.2%。間接排放量主要來自黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、煤炭開采、洗選業(yè)和交通運輸業(yè)。其中黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)的排放量最大，占間接排放總量的78.2%。龔志起針對20號普通碳素鋼采用連鑄工藝從原材料開采至加工成鋼材產品產生的環(huán)境影響進行了分析。主要工藝流程包括原材料采運、燒結、高爐煉鐵、煉鋼、澆鑄和壓力加工等。結果表明，生產1噸鋼水、大型鋼材、小型鋼材、線材、熱軋帶鋼和冷軋帶鋼的碳排放量分別為456.7、4339、3589、3551、3755和4524kgCO2eq。上官方欽等對鋼鐵制造流程進行了碳素流運行規(guī)律解析，并對我國鋼鐵工業(yè)的碳排放水平進行初步評估。研究表明，我國鋼鐵工業(yè)噸鋼碳排放量由1991年的3.22tCO2eq下降到2007年的約1.87tCO2eq，下降約42%。此外，年產800萬噸的平材生產長流程（包含焦化、燒結、球團、高爐、轉爐、連鑄和熱軋），噸鋼碳排放量為2149.53kgCO2eq；年產200萬噸平材EAF生產的短流程，噸鋼碳排放量僅為585.59kgCO2eq。不同研究的研究結果存在一定的差異，這是由于研究對象的選取不同以及核算的系統(tǒng)邊界不同造成的。

2.2 水泥產品

我國水泥產量自1985年以來一直位居世界第一，2015年度產量達到23.48億噸，占全球水泥總產量的57.32%。水泥行業(yè)是工業(yè)領域節(jié)能減排的重點。龔志起對P5.32.5、P0.42.5、P1.52.5三種不同標號的新型干法水泥生產線的環(huán)境負荷進行對比，研究表明水泥標號越高，能耗和碳排放量越大。李曉鵬等根據(jù)PAS2050規(guī)范核算了我國典型水泥廠的碳足跡，其系統(tǒng)邊界包括生料制備、熟料煅燒和水泥粉磨3個階段。研究表明水泥生產造成的主要溫室氣體是CO2，主要排放來自石灰石分解和熟料煅燒過程的煤燃燒，生產1kgP0.42.5水泥的碳足跡為0.614kgCO2eq。近年來，水泥工業(yè)在固廢綜合利用方面進行了很多有益的嘗試，消納了大量工業(yè)廢棄物與生活垃圾。史菲菲等的研究表明，利用工業(yè)廢棄物生產水泥可以降低水泥產品的整體碳排放，當電石渣從30%提升到60%時，CO2的減排效果最顯著，平均每增加1噸電石渣（干基）可減少碳排放401.64kg。

2.3 混凝土產品

混凝土是建材行業(yè)的大宗材料，用量巨大。俞海勇等考慮了由原材料引入碳排放、混凝土生產碳排放和混凝土運輸碳排放構成的單位產品的碳排放量。根據(jù)對上海某水泥企業(yè)的調研數(shù)據(jù)，研究發(fā)現(xiàn)混凝土強度越高，碳排放量越大；碳排放源主要來自原材料的內含碳排放，C20～C60 混凝土原材料內含碳排放占總碳排放的 82.98%～90.96%。研究還發(fā)現(xiàn)，摻入一定量的粉煤灰等工業(yè)固廢可顯著降低混凝土的碳排放量。高育新等人對比了綠色生產方式對預制混凝土碳排放的影響，分析認為通過加強管理、優(yōu)化生產流程等綠色生產措施的應用，生產單位立方米C30混凝土的碳排放可以降低37.12kg/m3。不同的澆鑄工藝對碳排放的影響也不同，沈衛(wèi)國等對比了常規(guī)工藝、拋填骨料工藝和預置集料三種澆鑄工藝制備的強度均為C50的混凝土的環(huán)境影響。研究表明，三種工藝制備的C50混凝土的碳足跡分別為392.35、321.64和293.47kgCO2eq/m3，預置集料工藝相對更低碳。

2.4 平板玻璃

平板玻璃是主要的建筑裝飾材料之一。陳文娟等研究建立了一套平板玻璃工業(yè)的生命周期環(huán)境影響評價方法，并對代表我國浮法玻璃生產平均水平的某生產線進行了研究，系統(tǒng)邊界包括原材料開采、能源生產、運輸和平板玻璃生產全過程。根據(jù)其模型計算得出平板玻璃工業(yè)溫室氣體主要來源于平板玻璃制造過程和原料開采過程，2002年和2004年的1噸浮法制平板玻璃碳排放量分別為1.04×107t和1.53×107t。趙春芝等以資源開采、原材料及輔料生產一直到出廠為止并包含主要原料的運輸過程為系統(tǒng)邊界，利用eBalance軟件對浮法玻璃和我國典型斷橋鋁合金窗的碳足跡進行了研究。根據(jù)對浮法玻璃企業(yè)調研數(shù)據(jù)的平均值，計算得出生產1kg玻璃的碳排放量約為0.57kgCO2eq；研究表明斷橋鋁合金窗溫室效應影響為253.7kgCOeq/m2。王淑萍針對傳統(tǒng)鋁合金窗、斷橋鋁合金窗、PVC-U塑鋼窗、木塑復合窗和再生木塑復合窗五種典型建筑玻璃窗，將全生命周期分為生產階段、形成房屋建筑部品階段和使用階段分別進行生命周期清單分析及環(huán)境影響評價。研究表明玻璃窗生命周期中的溫室氣體排放主要是能源物質燃燒產生的CO2和CH4的排放。鋁合金窗和斷橋鋁合金窗的溫室效應是塑鋼窗、木塑復合窗、再生木塑復合窗溫室效應的3倍，2007年典型企業(yè)生產1m2典型建筑玻璃窗的CO2排放量依次為176kg、165kg、67.1kg、31.5kg和35.6kg。

2.5 建筑陶瓷

我國是世界最大的建筑衛(wèi)生陶瓷生產國、消費國和出口國。建筑衛(wèi)生陶瓷工業(yè)是建材第三大產業(yè)，也是建材行業(yè)碳排放的重要源頭之一。曾杰等應用生命周期理論，以華東地區(qū)生產的建筑衛(wèi)生陶瓷為研究對象，計算了建筑衛(wèi)生陶瓷原材料開采、原材料運輸、產品生產、產品運輸?shù)?個子過程碳排放量。結果表明，生命周期內建筑陶瓷和衛(wèi)生陶瓷的碳排放起決定性影響的是產品生產過程，所占比例分別高達72.8%和70.7%；整個生命周期碳排放分別為9.59kgCO2eq/m2和776.75kgCO2eq/t。彭軍霞等采用投入產出分析方法和目標規(guī)劃方法，以某建陶企業(yè)為代表，建立了建筑陶瓷產業(yè)投入產出模型及低碳優(yōu)化模型。研究表明影響建筑陶瓷產業(yè)碳排放的關鍵環(huán)節(jié)為燒成和噴霧干燥過程，燒成和噴霧干燥過程排放的CO2占總排放的80%以上。坯磚、拋光磚和釉面磚三種建筑陶瓷產品的萬平米產量碳排放量依次為150.2tCO2eq、168tCO2eq和159.6tCO2eq。俞海勇等針對華東地區(qū)生產和銷售的建筑陶瓷、衛(wèi)生陶瓷等9種典型裝飾裝修材料基于生命周期評價理論建立了能耗及碳排放量的測算模型。其生命周期的系統(tǒng)邊界以一次能源的開采為起點，運輸至一級經銷商為終點。分析結果表明，建筑陶瓷、衛(wèi)生陶瓷單位產品的碳排放總量分別為0.941和1.78kgCO2eq/kg。其中，產品生產階段的碳排放量貢獻最大，分別占64.6%和78.8%。

2.6 燒結墻材

墻體材料也是影響建筑碳排放的主要建材之一。目前使用最廣泛的墻體材料有空心磚、砌塊和板材類。房明慧針對我國利廢空心磚、加氣混凝土砌塊和輕集料混凝土砌塊三種應用廣泛的墻體材料的生命周期評價研究表明：空心磚碳排放主要來源于燒磚過程煤燃燒的直接排放，占比約74.76%；加氣混凝氣砌塊碳排放主要來源于石灰生產、水泥生產和砌塊生產三個過程，占比依次為57%、22%和13%；輕集料混凝土砌塊碳排放主要來源于砌塊生產、水泥生產和陶粒生產三個過程，占比依次為32.85%、29.29%和17.28%。張海濤等以淮北市的新型墻體磚（粉煤灰砌塊、煤矸石磚）和傳統(tǒng)墻體磚（粘土磚、粘土多孔磚）為案例，對墻體磚生產過程的碳足跡進行了分析和比較。該研究將產品生產過程的碳排放計算方法做了適當調整，將其生產過程中由于土地占用而損失的碳庫視為碳排放，結果顯示，這4種墻體材料生產過程的碳排放系數(shù)從高到低依次為：煤矸石磚>粘土磚>粉煤灰砌塊>粘土多孔磚，碳排放系數(shù)分別為369.2、323.4、163.1和162.7kgCO2eq/m3磚。杜建東對我國墻體材料常用塊材產品的單位面積砌體生產過程中的碳排量進行了推算，結果表明薄灰縫砌塊比輕集料填充砌塊碳排放降低1.5kgCO2eq/m2。

3 展望

為落實國家制定的溫室氣體減排目標，也為了抓住機遇促進經濟轉型和綠色發(fā)展，我國政府出臺了系列措施不斷刺激和加強企業(yè)對碳排放的管理。除了已在北京、上海、天津、重慶、廣東、湖北和深圳7個地區(qū)開展碳排放權總量控制與交易試點外，明確提出要在2017年建成全國碳排放權市場，并已完成配套政策、規(guī)則和工具的制定。正在馬不停蹄地在對各省市管理部門和企業(yè)開展能力建設。2017年全國碳市場正式啟動后，建材企業(yè)將作為第一批被納入全國碳排放權交易體系，要逐步開始履行碳排放報告、管控和履約的責任。加強節(jié)能減排，關系到建材行業(yè)的興衰和企業(yè)的存亡?，F(xiàn)有已經開展的系列關于產品碳排放的研究為建材企業(yè)減少和降低產品碳排放提供了一些決策依據(jù)，建材企業(yè)應從碳排放的主要環(huán)節(jié)抓起，通過技術升級改造和新技術應用、原料替代、燃料轉換等措施重視和加強碳排放管理，才能降低在全國碳排放市場中的履約風險，提高企業(yè)的競爭力。

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