張佳藝, 周立亞,b, 吳雄英,2, 丁雪梅,b

(1.東華大學(xué) a.服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院; b.現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200051; 2.上海海關(guān),上海 200135)

隨著國(guó)內(nèi)外碳排放政策的收緊,紡織服裝行業(yè)作為碳排放的重要行業(yè)之一,低碳轉(zhuǎn)型與減排進(jìn)度備受關(guān)注。許多紡織服裝品牌或企業(yè)發(fā)布了減排或碳中和計(jì)劃,通過碳足跡的管理手段開展低碳可持續(xù)發(fā)展行動(dòng)。紡織服裝產(chǎn)品碳足跡核算與評(píng)價(jià)方法、應(yīng)用示范的相關(guān)研究已逐漸趨于成熟和完善[1]。鑒于紡織服裝產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)鏈長(zhǎng)、物料種類繁雜、工藝多變等特點(diǎn),目前對(duì)于碳足跡核算與評(píng)價(jià)中清單數(shù)據(jù)難以追溯來(lái)源、核算過程不透明、核算結(jié)果可追溯性的缺失未給予足夠的關(guān)注,導(dǎo)致了核算成本高、核算過程的科學(xué)性和規(guī)范性缺乏監(jiān)督及核算結(jié)果利用效率低等問題。

技術(shù)上,區(qū)塊鏈具有去中心化、可追溯、不可篡改、公開透明等特性,可以克服傳統(tǒng)追溯方法可信度低、防偽功能單一的局限,適用于為紡織服裝碳足跡核算與評(píng)價(jià)引入追溯性。本文擬基于區(qū)塊鏈建立一個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)源清晰、過程透明可查、核算結(jié)果高效共享,同時(shí)保護(hù)企業(yè)隱私的紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯方案。

1 紡織服裝產(chǎn)品碳足跡數(shù)據(jù)追溯相關(guān)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

目前以紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯為主要內(nèi)容的研究較少,有研究認(rèn)為產(chǎn)品的環(huán)保特征信息可以包含在紡織服裝產(chǎn)品信息中[2],因此本文將從紡織服裝產(chǎn)品信息追溯入手,分析追溯情景、追溯流程,并梳理現(xiàn)有的追溯技術(shù)。紡織服裝產(chǎn)品信息追溯可以讓品牌商通過對(duì)產(chǎn)品信息的動(dòng)態(tài)追溯掌控生產(chǎn)流程,追責(zé)和召回有質(zhì)量問題的服裝產(chǎn)品,也可以向消費(fèi)者或質(zhì)檢部門提供服裝的材質(zhì)含量、生產(chǎn)工藝、環(huán)保特征等信息,減少紡織服裝產(chǎn)品的假冒偽劣問題。紡織服裝產(chǎn)品主流追溯方式主要有三種,分別是二維碼、射頻標(biāo)識(shí)設(shè)備(Radio frequency identification,RFID)和近場(chǎng)通信(Near field communication,NFC)。

隨著氣候形勢(shì)的日益嚴(yán)峻,消費(fèi)者與監(jiān)管機(jī)構(gòu)都更加關(guān)注供應(yīng)鏈可持續(xù)性[3]。在紡織服裝領(lǐng)域的產(chǎn)品碳足跡數(shù)據(jù)追溯研究與應(yīng)用中,Garcia等[4]以服裝行業(yè)為例,提出在全球供應(yīng)鏈中實(shí)施追溯以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)目標(biāo)的構(gòu)想;Carrieres等[5]通過區(qū)塊鏈追溯平臺(tái)獲得碳足跡活動(dòng)數(shù)據(jù),衡量采用區(qū)塊鏈追溯技術(shù)采集數(shù)據(jù)的實(shí)際價(jià)值;TrusTrace[6]基于區(qū)塊鏈建立了產(chǎn)品可追溯性數(shù)字平臺(tái),將數(shù)據(jù)收集、驗(yàn)證和分配相關(guān)可持續(xù)性標(biāo)簽的整個(gè)過程自動(dòng)化;唯鏈(VeChain)[7]針對(duì)碳排放源頭數(shù)據(jù)到存儲(chǔ)容易造假和篡改、缺乏有效監(jiān)管的問題,推出區(qū)塊鏈碳足跡追溯平臺(tái)可快速實(shí)現(xiàn)碳足跡精準(zhǔn)追溯。

紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯重點(diǎn)在于數(shù)據(jù)和相關(guān)信息采集的真實(shí)性和完整性,以及核算數(shù)據(jù)、過程和結(jié)果的控制權(quán)限訪問與高效共享。基于對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)的梳理,雖然已有少數(shù)使用區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)紡織服裝產(chǎn)品碳足跡進(jìn)行追溯的研究和應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)可信可追溯,但未詳細(xì)說(shuō)明追溯方法和進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)核算過程的透明化。紡織服裝產(chǎn)品碳足跡核算與評(píng)價(jià)還有待與區(qū)塊鏈追溯深度結(jié)合,進(jìn)一步探究“如何追溯”和“追溯的實(shí)際價(jià)值”。有必要通過梳理區(qū)塊鏈技術(shù)的特性與應(yīng)用現(xiàn)狀,分析區(qū)塊鏈應(yīng)用于紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn);結(jié)合紡織服裝產(chǎn)品碳足跡核算與評(píng)價(jià)流程,建立基于區(qū)塊鏈技術(shù)的紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯與核算系統(tǒng),并使用產(chǎn)品實(shí)際數(shù)據(jù)驗(yàn)證追溯過程及追溯的價(jià)值。最后,為克服清單數(shù)據(jù)難追溯、核算過程不透明、核算結(jié)果缺少高效共享渠道等局限提出理想的解決方案。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)

2.1 區(qū)塊鏈的特性與應(yīng)用現(xiàn)狀

區(qū)塊鏈按照時(shí)間順序?qū)?shù)據(jù)區(qū)塊以鏈表的方式組合成特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),通過密碼學(xué)保證數(shù)據(jù)不可篡改和不可偽造[8],即構(gòu)建一個(gè)組織內(nèi)部記錄和共享信息的分布式賬本,所有成員都必須通過復(fù)雜的算法集體驗(yàn)證任何更新。憑借這種分散的對(duì)等(P2P)功能,所有記錄的信息都是永久的、透明的和可搜索的。區(qū)塊鏈技術(shù)通過記錄數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)過程,保障數(shù)據(jù)的可信性和完整性,從而提供數(shù)據(jù)的溯源與追蹤[9]。

區(qū)塊鏈技術(shù)作為虛擬貨幣的基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)布,自出現(xiàn)以來(lái)就面對(duì)著諸多質(zhì)疑,但其發(fā)展?jié)摿h(yuǎn)不止于此。從中國(guó)的政策趨向可見,中國(guó)早早就開始了對(duì)虛擬貨幣的清理,并加強(qiáng)鼓勵(lì)引導(dǎo)區(qū)塊鏈技術(shù)用于實(shí)體經(jīng)濟(jì)中[10]。越來(lái)越多的研究利用區(qū)塊鏈的去中心化、不可篡改、公開透明等特性,解決金融、醫(yī)療、公共設(shè)施、農(nóng)業(yè)、食品、供應(yīng)鏈等領(lǐng)域不同場(chǎng)景的問題。在信息追溯方面,區(qū)塊鏈技術(shù)除了用于優(yōu)化RFID的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),解決信息安全問題[11-13],還可用于推進(jìn)產(chǎn)業(yè)協(xié)同溯源和供應(yīng)鏈信息追溯[14-15]。Wang等[16]研究認(rèn)為,區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)供應(yīng)鏈管理的價(jià)值體現(xiàn)在:擴(kuò)展的可見性和可追溯性、供應(yīng)鏈數(shù)字化和去中介化、改進(jìn)的數(shù)據(jù)安全性和智能合約。智能合約是運(yùn)行在區(qū)塊鏈上的一段可自動(dòng)觸發(fā)的計(jì)算機(jī)程序,賦予區(qū)塊鏈可編程特性,為區(qū)塊鏈的推廣運(yùn)用奠定了基礎(chǔ),許多追溯研究[17-19]都通過部署智能合約、編寫代碼實(shí)現(xiàn)追溯流程,將解決方案的價(jià)值放到最大。

2.2 區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯的優(yōu)勢(shì)

2022年國(guó)家發(fā)改委、能源局提出建立統(tǒng)一規(guī)范的碳排放統(tǒng)計(jì)核算體系[20],強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)碳排放及相關(guān)數(shù)據(jù)信息化存證溯源、不可篡改和加密,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在線交叉驗(yàn)證等,這正與上述區(qū)塊鏈的特性不謀而合。區(qū)塊鏈技術(shù)通過密碼學(xué)原理建立去中心化的信任機(jī)制,可以改善所有需要中間人做擔(dān)保、認(rèn)證的高信任成本領(lǐng)域。紡織服裝產(chǎn)品碳足跡的呈現(xiàn)形式目前仍然依賴可信第三方的報(bào)告或各種碳認(rèn)證、碳標(biāo)簽等,區(qū)塊鏈有望通過信息上鏈存證,向消費(fèi)者、品牌方和第三方提高過程透明度和產(chǎn)品可追溯性,加強(qiáng)社會(huì)監(jiān)督,放大紡織服裝產(chǎn)品碳足跡核算與評(píng)價(jià)的價(jià)值。本文從兩個(gè)方向?qū)^(qū)塊鏈技術(shù)與紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯相結(jié)合。

2.2.1 橫向追溯

從產(chǎn)品的全生命周期角度,產(chǎn)品附帶可信可追溯標(biāo)識(shí),實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)上鏈的位置和時(shí)間,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)批次或單品的碳足跡來(lái)源進(jìn)行精準(zhǔn)追溯,從而降低碳足跡結(jié)果的不確定性。

業(yè)務(wù)伙伴能夠在不受中央控制和管理干預(yù)的情況下訪問和提供數(shù)據(jù),智能合約為不同查詢方設(shè)置不同程度的數(shù)據(jù)開放權(quán)限,在對(duì)隱私數(shù)據(jù)的加密保護(hù)的同時(shí),實(shí)現(xiàn)碳足跡數(shù)據(jù)的高效共享。幫助供應(yīng)商企業(yè)認(rèn)識(shí)到現(xiàn)有加工流程的工藝如何反映在碳足跡數(shù)值上,使品牌方直觀了解并量化產(chǎn)品供應(yīng)鏈上的減排空間,以調(diào)整和管理產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)和供應(yīng)鏈;通過全面、可信追溯渠道向消費(fèi)者呈現(xiàn)更多感興趣的信息,如產(chǎn)品的成分、來(lái)源、加工過程等。

2.2.2 縱向追溯

從產(chǎn)品碳足跡核算角度,將初始清單數(shù)據(jù)、核算過程信息和各模塊核算結(jié)果上鏈永久存證,實(shí)現(xiàn)不可篡改,同樣為不同查詢方設(shè)置不同程度的數(shù)據(jù)開放權(quán)限。高效開展碳核查或碳審計(jì)的工作過程,核算過程中使用的方法、匹配的參數(shù)、用來(lái)補(bǔ)充缺失值的背景數(shù)據(jù)的科學(xué)性和規(guī)范性,也需要在適當(dāng)披露下接受社會(huì)監(jiān)督。讓核算與評(píng)價(jià)過程的科學(xué)性和規(guī)范性有目共睹,真正實(shí)現(xiàn)碳足跡“有跡可循”。

2.3 區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯的挑戰(zhàn)

在建立區(qū)塊鏈追溯系統(tǒng)以前,需要明確典型區(qū)塊鏈的技術(shù)局限。因?yàn)樾枰ㄟ^在不同節(jié)點(diǎn)之間存儲(chǔ)備份,所以區(qū)塊鏈系統(tǒng)的運(yùn)行效率通常較低,性能和可擴(kuò)展性相互制約[21]。此外,由于區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)公共賬簿,尤其是公有鏈,任何人都可以查看區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上的所有交易,因此,交易各方仍存在隱私問題[22]。

為克服上述技術(shù)局限,許多機(jī)構(gòu)和學(xué)者從以擴(kuò)容存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、建立數(shù)據(jù)訪問控制機(jī)制等角度提出了解決思路。

2.3.1 擴(kuò)容存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

擴(kuò)容存儲(chǔ)典型方法如跨鏈、多鏈,以及鏈下存儲(chǔ)等。張燕麗等[23]采用多鏈結(jié)構(gòu)提高數(shù)據(jù)的上鏈速度和系統(tǒng)運(yùn)行效率,構(gòu)建主從聯(lián)盟鏈模型,主鏈與從鏈之間通過哈希值相互錨定。許多追溯研究[24-25]設(shè)計(jì)的追溯模型或系統(tǒng)中都使用星際文件系統(tǒng)(Inter planetary file system,IPFS)以擴(kuò)展存儲(chǔ)空間。Sánchez-Gómez等[26]闡述了區(qū)塊鏈添加擴(kuò)展存儲(chǔ)的額外層和驗(yàn)證機(jī)制的重要性。

2.3.2 建立數(shù)據(jù)訪問控制機(jī)制

肖博等[27]利用聯(lián)盟區(qū)塊鏈的多通道技術(shù)構(gòu)建供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò),又基于Shamir密鑰共享算法和訪問控制策略實(shí)現(xiàn)了訪問控制功能,保護(hù)參與主體的數(shù)據(jù)自主權(quán)。與之相似的,馮國(guó)富等[28]對(duì)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多通道劃分,同時(shí)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)以密文的方式進(jìn)行傳輸,確保數(shù)據(jù)的隱私性。

在基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯系統(tǒng)時(shí),應(yīng)參考上述技術(shù)改進(jìn)研究,避免被典型區(qū)塊鏈技術(shù)的硬傷限制落地應(yīng)用。

3 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯與核算系統(tǒng)

本文擬基于產(chǎn)品模塊化碳核算方法,探究在產(chǎn)品價(jià)值鏈上的主體之間,如何應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)可信存證紡織服裝產(chǎn)品碳足跡數(shù)據(jù)和相關(guān)信息,構(gòu)建碳足跡的追溯與核算系統(tǒng),并使碳足跡數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)安全高效地透明共享。

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯與核算系統(tǒng)預(yù)期目標(biāo)如下:

1) 碳足跡清單數(shù)據(jù)可信可追溯:使核算產(chǎn)品的排放數(shù)據(jù)上傳不可篡改,可以從鏈上的產(chǎn)品信息和總碳足跡值追溯到該產(chǎn)品各階段上傳的初始數(shù)據(jù),以驗(yàn)證源數(shù)據(jù)是否真實(shí)合理及具有代表性。

2) 透明可查的核算過程:透明化核算過程,確保核算過程的規(guī)范性和科學(xué)性有目共睹。核算方可以在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下自由選擇核算邊界、排放系數(shù)和分配原則等,但要核算方法和依據(jù)上鏈存證。

3) 建立高效透明的核算結(jié)果共享渠道:建立控制訪問策略,保證企業(yè)的數(shù)據(jù)自主權(quán),使數(shù)據(jù)訪問權(quán)限可控;從核算方的角度,可提高模塊數(shù)據(jù)可得性和引用準(zhǔn)確度。

3.1 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯與核算工作機(jī)制

本文設(shè)計(jì)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯與核算工作機(jī)制,緊密聯(lián)系紡織服裝產(chǎn)品碳足跡核算與評(píng)價(jià)流程,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品碳足跡數(shù)據(jù)的全核算過程可追溯,同時(shí)通過機(jī)制設(shè)計(jì)在一定程度上避免了區(qū)塊鏈技術(shù)投入應(yīng)用時(shí)常見的問題。

3.1.1 模塊化分解成紡織服裝產(chǎn)品碳足跡單元

紡織服裝行業(yè)生產(chǎn)工藝鏈復(fù)雜,加工方式差異大,涉及材料繁多,加大了產(chǎn)品碳足跡核算與評(píng)價(jià)的難度。模塊化方法提供了一種簡(jiǎn)化、靈活和一致的復(fù)雜系統(tǒng)建模方法,可以基于這種方法構(gòu)建高普適性的紡織服裝產(chǎn)品碳足跡核算系統(tǒng),從而在未來(lái)以簡(jiǎn)單和統(tǒng)一的方式對(duì)產(chǎn)品生命周期進(jìn)行建模和核算碳足跡。明確產(chǎn)品的生命周期過程,在此基礎(chǔ)上模塊化分解成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、邊界清晰、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可控的若干模塊化碳足跡單元,如圖1所示。

圖1 紡織服裝產(chǎn)品碳足跡單元Fig.1 Carbon footprint unit of textile and apparel products

根據(jù)地理位置、企業(yè)規(guī)模、產(chǎn)品類別、過程和技術(shù)等信息生成模塊屬性代碼,通過代碼管理龐大的模塊庫(kù)[29],編碼規(guī)則參考[30]。在類似產(chǎn)品核算過程中檢索特性對(duì)應(yīng)的代碼,可以快速地核算出同系列紡織產(chǎn)品的碳足跡[31]。

3.1.2 IPFS分布式存儲(chǔ)碳足跡數(shù)據(jù)文件

系統(tǒng)將采集到的產(chǎn)品參數(shù)、企業(yè)信息和清單數(shù)據(jù)生成需要存儲(chǔ)的碳足跡數(shù)據(jù)文件,包括產(chǎn)品碳足跡數(shù)據(jù)、模塊碳足跡數(shù)據(jù)、模塊碳足跡核算方法和源數(shù)據(jù),生成過程如圖2所示,并根據(jù)不同的追溯權(quán)限分為四個(gè)層級(jí)。本文定義的一級(jí)碳足跡單元模塊按照生命周期階段劃分,二級(jí)模塊按照工段劃分,三級(jí)模塊按照工序劃分。

用IPFS系統(tǒng)對(duì)碳足跡數(shù)據(jù)文件進(jìn)行非對(duì)稱加密,生成一個(gè)加密文件和解密密鑰Key,將加密文件分布式儲(chǔ)存到多個(gè)節(jié)點(diǎn)(供應(yīng)鏈企業(yè)、機(jī)構(gòu)或個(gè)人注冊(cè)區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn),并被分配唯一的身份ID),生成加密文件的哈希地址[27]。由于哈希計(jì)算對(duì)輸入內(nèi)容的敏感性,數(shù)據(jù)一旦更改會(huì)導(dǎo)致哈希地址改變,因此保證了數(shù)據(jù)儲(chǔ)存狀態(tài)下的不可篡改。

圖2 碳足跡數(shù)據(jù)文件生成機(jī)制與對(duì)應(yīng)追溯層級(jí)Fig.2 Carbon footprint data file generation mechanism and corresponding traceability level

通過訪問控制策略AccessP,預(yù)先設(shè)定為不同訪問屬性的節(jié)點(diǎn)設(shè)置不同的開放權(quán)限。訪問節(jié)點(diǎn)向訪問授權(quán)合約發(fā)出碳足跡單元數(shù)據(jù)的訪問請(qǐng)求,訪問請(qǐng)求包括:1) 訪問方的地址;2) 數(shù)據(jù)文件地址;3) 訪問屬性。訪問授權(quán)合約通過數(shù)據(jù)管理合約索引到該數(shù)據(jù)文件對(duì)應(yīng)的訪問控制策略和子密鑰地址集合Key Address,并根據(jù)訪問請(qǐng)求中節(jié)點(diǎn)的訪問屬性在訪問控制策略中被設(shè)置的權(quán)限,確定是否返回密鑰,以此決定訪問節(jié)點(diǎn)可以解密的數(shù)據(jù)內(nèi)容。碳足跡數(shù)據(jù)文件在IPFS上存儲(chǔ)的過程如圖3所示,訪問1～4層級(jí)的數(shù)據(jù)文件對(duì)應(yīng)需要獲得的密鑰分為別Key1～Key4。

圖3 碳足跡數(shù)據(jù)文件在IPFS的分級(jí)存儲(chǔ)Fig.3 Tiered stofile:///C:/Users/Administrator/Desktop/%E6%95%B0%E6%8D%AE%E5%8A%A0%E5%B7%A5/SICO202302/SICO202302.ebook/images/a52015d42ba4fd0f8c2d081f8a54caf7.jpgrage of carbon footprint data files in IPFS

3.1.3 IPFS地址公開驗(yàn)證上鏈

將不可篡改的永久IPFS地址放在區(qū)塊鏈?zhǔn)聞?wù)中,用于公開驗(yàn)證地址。區(qū)塊鏈儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)如圖4所示,分別在區(qū)塊鏈底層畫出六個(gè)交易用以示例,產(chǎn)品碳足跡數(shù)據(jù)文件地址按T1格式存儲(chǔ),模塊碳足跡數(shù)據(jù)文件地址按T2、T3和T4格式存儲(chǔ),模塊碳足跡核算方法文件地址按T5格式存儲(chǔ),源數(shù)據(jù)文件按T6格式存儲(chǔ)。

圖4 區(qū)塊鏈中紡織服裝產(chǎn)品碳足跡數(shù)據(jù)儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)Fig.4 Carbon footprint data storage structure of textile and apparel products in blockchain

3.2 基于區(qū)塊鏈的紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯與核算系統(tǒng)架構(gòu)

本文建立了紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯與核算系統(tǒng)架構(gòu),如圖5所示。

圖5 基于區(qū)塊鏈的紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯與核算系統(tǒng)架構(gòu)Fig.5 Carbon footprint traceability and accounting system architecture of textile and apparel products based on blockchain

1) 采集層:物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可將嵌入式設(shè)備、計(jì)算機(jī)連接到網(wǎng)絡(luò)中,作為紡織服裝產(chǎn)品碳足跡溯源系統(tǒng)理想的下層結(jié)構(gòu),傳輸智能計(jì)量表、機(jī)械設(shè)備或MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。通過條形碼、二維碼、RFID、傳感器、智慧電表等技術(shù),以碳足跡單元為單位收集清單數(shù)據(jù),同時(shí)記錄數(shù)據(jù)來(lái)源、企業(yè)背景等信息。

2) 數(shù)據(jù)層:在IPFS上分布存儲(chǔ)碳足跡單元數(shù)據(jù)文件,將不可篡改的永久IPFS地址上傳保存到區(qū)塊中。

3) 網(wǎng)絡(luò)層:將加密文件的哈希地址廣播到附近節(jié)點(diǎn),各節(jié)點(diǎn)之間驗(yàn)證信息并達(dá)成共識(shí),生成區(qū)塊,連接上鏈。

4) 合約層:建立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、訪問控制等智能合約。

5) 應(yīng)用層:通過系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)品—模塊—方法—源數(shù)據(jù)”的碳足跡可追溯與控制訪問,輔助工藝調(diào)整和產(chǎn)品宣發(fā)工作,對(duì)類似產(chǎn)品碳足跡模塊化核算過程中的模塊調(diào)用提供參考,同時(shí)提高產(chǎn)品碳足跡認(rèn)證和審核的效率。

4 基于區(qū)塊鏈的紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯與核算系統(tǒng)驗(yàn)證及評(píng)價(jià)

4.1 基于區(qū)塊鏈的紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯與核算系統(tǒng)驗(yàn)證

本文選擇一款100%桑蠶絲的斜紋綢方形絲巾作為核算實(shí)例,驗(yàn)證基于區(qū)塊鏈的紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯與核算系統(tǒng)。碳足跡源數(shù)據(jù)均為杭州萬(wàn)事利絲綢數(shù)碼印花有限公司及其供應(yīng)商提供的實(shí)景數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)收集的時(shí)間范圍是2022年3—8月。其中桑苗培育和蠶卵培育未計(jì)入,使用原料、物料、產(chǎn)品在組織間運(yùn)輸和能源傳輸?shù)奶寂欧盼从?jì)入,廢水處理達(dá)標(biāo)排入自然水體產(chǎn)生的碳排放未計(jì)入,產(chǎn)品固碳效應(yīng)(如種桑過程吸收的二氧化碳)也未考慮在內(nèi)。

4.1.1 品牌方、供應(yīng)商企業(yè)和消費(fèi)者

品牌方、供應(yīng)商企業(yè)和消費(fèi)者通過產(chǎn)品編號(hào)和批次號(hào),以不同的權(quán)限追溯產(chǎn)品碳足跡情況。通過解析產(chǎn)品安全可追溯標(biāo)識(shí)連接到區(qū)塊鏈瀏覽器Web前端,注冊(cè)節(jié)點(diǎn)并發(fā)送訪問請(qǐng)求,憑借產(chǎn)品編號(hào)和批次號(hào)獲得產(chǎn)品碳足跡評(píng)價(jià)結(jié)果。圖6展示了訪問節(jié)點(diǎn)查詢并獲得Key1后系統(tǒng)返回的頁(yè)面,內(nèi)容包括產(chǎn)品信息、產(chǎn)品碳足跡核算結(jié)果與分析、產(chǎn)品碳足跡不確定性量化分析結(jié)果。

圖6 查詢產(chǎn)品碳足跡結(jié)果與評(píng)價(jià)的系統(tǒng)返回頁(yè)面Fig.6 System return page for querying product carbon footprint results and evaluation

點(diǎn)擊頁(yè)面下方“追溯更多信息”處的“纖維原材料階段/生產(chǎn)制造階段”(一級(jí)模塊)或“種桑/養(yǎng)蠶/繅絲/織造/練白/印染/縫制工段”(二級(jí)模塊),通過驗(yàn)證獲得對(duì)應(yīng)的密鑰可以獲得對(duì)應(yīng)模塊碳足跡情況。

4.1.2 核算方、審核監(jiān)督機(jī)構(gòu)

核算方、審核監(jiān)督機(jī)構(gòu)通過碳足跡模塊屬性代碼,以不同的權(quán)限追溯碳足跡數(shù)據(jù)文件。除了上述產(chǎn)品碳足跡評(píng)價(jià)結(jié)果,還需要關(guān)注核算方法及數(shù)據(jù)來(lái)源的追溯,通過檢索碳足跡模塊代碼。圖7以練白過程模塊(CFU_2.2)為例展示了訪問節(jié)點(diǎn)查詢并獲得Key2后系統(tǒng)返回的頁(yè)面,內(nèi)容包括該模塊對(duì)應(yīng)1 kg最終核算產(chǎn)品(通常到大門,即終端產(chǎn)品)碳足跡值、該模塊對(duì)應(yīng)1 kg本階段主產(chǎn)品碳足跡值、本階段主產(chǎn)品、本階段消耗原料量、本階段消耗原料和模塊屬性代碼。

圖7 查詢模塊碳足跡數(shù)據(jù)的系統(tǒng)返回頁(yè)面Fig.7 System return page for querying module carbon footprint data

點(diǎn)擊頁(yè)面下方“追溯更多信息”處的“模塊碳足跡核算方法”和“源數(shù)據(jù)”,通過驗(yàn)證獲得密鑰可以了解對(duì)應(yīng)模塊碳足跡背后假設(shè)與數(shù)據(jù)來(lái)源。

4.2 基于區(qū)塊鏈的紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯與核算系統(tǒng)評(píng)價(jià)

本文使用實(shí)例數(shù)據(jù)驗(yàn)證了基于區(qū)塊鏈的紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯與核算系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

1) 實(shí)現(xiàn)了“產(chǎn)品—模塊—方法—源數(shù)據(jù)”層層遞進(jìn)的追溯查詢與控制訪問,由此達(dá)到了碳足跡數(shù)據(jù)可信可追溯、核算過程透明可查和建立高效透明的核算結(jié)果共享渠道的目標(biāo)。核算并評(píng)價(jià)了一款真絲斜紋綢絲巾產(chǎn)品的碳足跡,可以在系統(tǒng)中追溯到模塊碳足跡、模塊碳足跡核算方法和源數(shù)據(jù)文件。

2) 通過追溯建立紡織服裝產(chǎn)品碳足跡可追溯、透明模塊庫(kù),實(shí)現(xiàn)了核算結(jié)果的高效利用。在系統(tǒng)中可以追溯到每個(gè)模塊的碳足跡核算方法、原始數(shù)據(jù)清單、加工企業(yè)信息與詳細(xì)的工藝流程,以輔助調(diào)用決策。

盡管具有上述優(yōu)勢(shì),但系統(tǒng)仍存在如下局限。

1) 區(qū)塊鏈系統(tǒng)的建立和組織上:本文的成果止步于系統(tǒng)頁(yè)面展示,追溯系統(tǒng)需要由專業(yè)的區(qū)塊鏈開發(fā)人員完成。對(duì)于后續(xù)區(qū)塊鏈系統(tǒng)的建立、驗(yàn)證機(jī)制、共識(shí)機(jī)制、激勵(lì)機(jī)制及中心化程度還有待確定,系統(tǒng)完成后,其應(yīng)用性能、成本和商業(yè)推廣的可能性還需要多方面綜合考慮評(píng)估。

2) 信息處理方面:未形成完全自動(dòng)化的數(shù)據(jù)上傳和核算流程,仍然需要人工處理介入。但通過基于區(qū)塊鏈的碳足跡追溯與核算系統(tǒng),各個(gè)模塊碳足跡值可以追溯到核算方法的細(xì)節(jié)及初始的數(shù)據(jù)清單,可以保證核算過程的規(guī)范性、科學(xué)性可持續(xù)受到監(jiān)督;碳足跡值與初始清單數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)不被篡改,且永久存證,可追溯數(shù)據(jù)代表性和合理性。通過以上構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的“碳信任圈”方式,來(lái)彌補(bǔ)不完全自動(dòng)化對(duì)數(shù)據(jù)真實(shí)性的影響。

5 結(jié) 語(yǔ)

紡織服裝產(chǎn)品碳足跡核算過程涉及的投入與產(chǎn)出數(shù)據(jù)繁雜,針對(duì)傳統(tǒng)碳足跡數(shù)據(jù)核算與評(píng)價(jià)過程存在源數(shù)據(jù)難追溯、核算過程的科學(xué)性規(guī)范性缺乏監(jiān)督、核算結(jié)果由于難以高效共享導(dǎo)致可重復(fù)利用性低等問題,本文分析了紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯的研究現(xiàn)狀與局限;基于區(qū)塊鏈特性與追溯應(yīng)用研究,探討了區(qū)塊鏈用于紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)。結(jié)合紡織服裝產(chǎn)品模塊化碳核算方法,建立了基于區(qū)塊鏈的紡織服裝產(chǎn)品碳足跡追溯與核算系統(tǒng)的工作機(jī)制及系統(tǒng)架構(gòu),并使用實(shí)例數(shù)據(jù)驗(yàn)證了系統(tǒng)在產(chǎn)品碳足跡的全面追溯、提高模塊碳足跡數(shù)據(jù)可追溯可重用的優(yōu)勢(shì),同時(shí)總結(jié)了系統(tǒng)在建立和組織,以及信息處理兩方面的局限。

未來(lái)的相關(guān)研究應(yīng)對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)的推陳出新與落地應(yīng)用保持密切關(guān)注,通過多鏈、側(cè)鏈等多種方式提高區(qū)塊鏈追溯系統(tǒng)的可用性和擴(kuò)展性。通過橫向延伸,可在消費(fèi)者使用和廢棄階段展開研究,結(jié)合智能家電捕捉數(shù)據(jù)補(bǔ)全目前紡織服裝產(chǎn)品使用和廢棄階段產(chǎn)品碳足跡貢獻(xiàn)數(shù)據(jù)的空缺。通過縱向延伸,可將現(xiàn)有追溯體系和解決方案作為基礎(chǔ),探索區(qū)塊鏈應(yīng)用于紡織服裝產(chǎn)業(yè)組織碳管理、碳排放交易、碳金融投資等相關(guān)研究的空間。

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