摘要：目的：為貫徹落實(shí)我國(guó)推出的“雙碳”戰(zhàn)略，體現(xiàn)信守不渝的大國(guó)擔(dān)當(dāng)和嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，全面推廣低碳材料和低碳產(chǎn)品，形成節(jié)能降耗、利國(guó)利民的系統(tǒng)性機(jī)制，提高中國(guó)綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)在全球的產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。方法：選取符合低碳理念的新型生物質(zhì)材料——稻殼材料，并結(jié)合生命周期評(píng)價(jià)模型理論，引入“從搖籃到墳?zāi)埂边@一涵蓋產(chǎn)品全部生命周期為介質(zhì)的理論方法，詳細(xì)描述稻殼制一次性餐具產(chǎn)業(yè)在中國(guó)大環(huán)境下的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)比同類競(jìng)品生物有機(jī)材料及人造材料，進(jìn)行適用性及耗能方面的篩選，分析生物有機(jī)材料在低碳產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的發(fā)展?jié)摿ΓM(jìn)一步討論稻殼制一次性餐具在低碳設(shè)計(jì)理念下的設(shè)計(jì)實(shí)踐。結(jié)果：文章構(gòu)建了產(chǎn)品生命周期模型與稻殼制一次性餐具的映射關(guān)系。針對(duì)仍處于新生階段的稻殼制一次性餐具產(chǎn)業(yè)，從宏觀和微觀角度，提出了相應(yīng)的稻殼制一次性餐具的低碳設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，如改進(jìn)研發(fā)設(shè)計(jì)工藝，逐步使產(chǎn)業(yè)向規(guī)模化轉(zhuǎn)型，為產(chǎn)業(yè)綠色低碳化提供基礎(chǔ)性的戰(zhàn)略支撐。結(jié)論：文章驗(yàn)證了產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)方法的廣泛適用性，為設(shè)計(jì)師提供了低碳餐具產(chǎn)品材料選擇的理論依據(jù)和創(chuàng)意指導(dǎo)，以及新時(shí)代低碳材料應(yīng)用的新賽道和新思路，拓展了低碳材料與低碳產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。

關(guān)鍵詞：“雙碳”；低碳設(shè)計(jì)；低碳產(chǎn)品；生命周期評(píng)價(jià)；稻殼制一次性餐具

中圖分類號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2024）03-00-05

0 引言

2020年9月，習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上作出中國(guó)力爭(zhēng)于2030年前實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”，于2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)的莊嚴(yán)承諾［1］；2022年，黨的二十大報(bào)告提出“積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和”的系統(tǒng)論述。為體現(xiàn)大國(guó)擔(dān)當(dāng)、重信守諾的嚴(yán)肅態(tài)度，我國(guó)逐步建立健全節(jié)能減排體制機(jī)制，同時(shí)各行各業(yè)積極行動(dòng)，以助力國(guó)家“雙碳”目標(biāo)的達(dá)成。

為助力我國(guó)早日實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)界要進(jìn)一步挖掘自身潛力。隨著人類工業(yè)化進(jìn)程的逐步加快，產(chǎn)品飛速更新，能源資源供給日趨緊張，全球環(huán)境治理刻不容緩。為助力節(jié)能減排，各行各業(yè)不斷努力，低能耗、低污染的產(chǎn)品逐漸成為主流?；谏芷诘牡吞籍a(chǎn)品應(yīng)用研究，為實(shí)現(xiàn)中國(guó)“雙碳”目標(biāo)提供了重要?jiǎng)恿?。作為一?xiàng)基于節(jié)能概念的生態(tài)化工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)，低碳產(chǎn)品設(shè)計(jì)在保留產(chǎn)品基本功能的同時(shí)，全面考慮了環(huán)境影響和碳排放等問(wèn)題［2］。隨著世界工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人類社會(huì)的進(jìn)步，由稻殼制成的餐具出現(xiàn)。稻殼制一次性餐具憑借無(wú)二次污染且不消耗木材的優(yōu)勢(shì)，成為發(fā)泡塑料餐具及一次性木制筷的有力替代品。

1 低碳設(shè)計(jì)概述

1.1 低碳設(shè)計(jì)的含義

低碳設(shè)計(jì)是指以減少人類碳排放，降低溫室效應(yīng)帶來(lái)的破壞效應(yīng)為目標(biāo)進(jìn)行的設(shè)計(jì)。面對(duì)嚴(yán)峻的碳減排形勢(shì)和“雙碳”目標(biāo)帶來(lái)的壓力，低碳設(shè)計(jì)理念被不斷提及，旨在促進(jìn)節(jié)能減排，提高能源利用率。低碳設(shè)計(jì)技術(shù)要求以減量化、再利用、低排放和再循環(huán)為基本原則，通過(guò)先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)手段，使產(chǎn)品、使用者、環(huán)境構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體［3］，有效降低產(chǎn)品的碳排放量。

1.2 產(chǎn)品中的低碳設(shè)計(jì)

產(chǎn)品的低碳設(shè)計(jì)主張以“減碳”為核心目的，考慮產(chǎn)品全生命周期中的碳排放量及其對(duì)周圍環(huán)境的影響，此過(guò)程涵蓋材料選用、工藝設(shè)計(jì)、加工工藝流程、產(chǎn)品包裝等，并鼓勵(lì)采用與時(shí)俱進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)出與自然和諧共生的產(chǎn)品，從而使人們享受以經(jīng)濟(jì)能源和綠色能源為主題的低碳生活［4］。

1.2.1 產(chǎn)品生產(chǎn)中的低碳設(shè)計(jì)

工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)涵蓋原材料的選用、工藝設(shè)計(jì)、加工組裝等環(huán)節(jié)?；凇皽p碳”理念，要在不降低產(chǎn)品性能、不影響產(chǎn)品使用的情況下，優(yōu)先選擇低能耗、少污染的材料，提高能源利用率，助力低碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。新興的可回收材料如海草纖維、咖啡渣（見圖1）等，和傳統(tǒng)材料相比，對(duì)環(huán)境的影響相對(duì)較小。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和裝配過(guò)程中，結(jié)構(gòu)也是影響產(chǎn)品生產(chǎn)碳排放量的重要因素之一，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上運(yùn)用低碳理念，就是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段合理評(píng)估產(chǎn)品部件或模塊，最終使用對(duì)環(huán)境影響較小的部件［5］。產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)組裝越便捷，拆卸過(guò)程越簡(jiǎn)單，產(chǎn)生的廢棄物越少，越有利于保護(hù)環(huán)境，減少碳排放。

1.2.2 產(chǎn)品流通中的低碳設(shè)計(jì)

產(chǎn)品的流通過(guò)程包括包裝、運(yùn)輸和銷售三個(gè)環(huán)節(jié)。隨著世界工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人們對(duì)產(chǎn)品整體質(zhì)量要求的不斷提升，市面上的產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)逐漸呈現(xiàn)出煩瑣累贅、空洞華麗的趨勢(shì)。包裝是產(chǎn)品與消費(fèi)者之間的媒介，為助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，可以盡量選用簡(jiǎn)約的包裝形式。例如Gardens in a Bag產(chǎn)品包裝內(nèi)含有種子和土壤，消費(fèi)者可將包裝袋改裝為花盆重復(fù)利用（見圖2）［6］。此外，在運(yùn)輸過(guò)程中，合適的運(yùn)輸方式和包裝也可以提高產(chǎn)品的運(yùn)輸效率，減少該過(guò)程中的碳排放量。

1.2.3 產(chǎn)品使用過(guò)程中的低碳設(shè)計(jì)

產(chǎn)品用法及其使用壽命是產(chǎn)品使用階段最受關(guān)注的兩大熱點(diǎn)。人們的審美品位隨著生活條件的改善日漸提高，表達(dá)文化內(nèi)涵和個(gè)性化需求的愿望也越來(lái)越強(qiáng)烈，新產(chǎn)品飛速更新和舊產(chǎn)品沒(méi)落的市場(chǎng)環(huán)境刺激著人們的消費(fèi)欲望，極容易使人喜新厭舊，從而造成資源浪費(fèi)。因此，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師需要考慮以下問(wèn)題：如何設(shè)計(jì)出一種新的產(chǎn)品使用方式，可以高效地利用低碳能源和低碳材料，讓其使用起來(lái)更加便捷；如何緊密圍繞用戶需求，讓低碳材料和低碳能源協(xié)助加深用戶購(gòu)買時(shí)產(chǎn)生的情感，延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命。

1.2.4 產(chǎn)品回收過(guò)程中的低碳設(shè)計(jì)

回收再利用和廢棄后再處理產(chǎn)品是回收階段不可或缺的部分。低碳設(shè)計(jì)要考慮如何回收和再利用廢棄物，在大幅降低生產(chǎn)成本和減少污染的同時(shí)，提高經(jīng)濟(jì)效益，充分有效運(yùn)用資源和能源，減少污染。另外，還要評(píng)估不能回收利用的廢棄物可能造成的環(huán)境影響，并積極采取行動(dòng)，最大限度避免環(huán)境污染。不斷創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，推動(dòng)生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值實(shí)現(xiàn)，踐行低碳生活理念。

2 產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)（LCA）理論與模型

2.1 產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)理論

統(tǒng)計(jì)資源和能源使用情況以及碳排放，評(píng)估由此引發(fā)的環(huán)境影響，并為研究或?qū)嵺`指明減輕環(huán)境負(fù)荷的方向，即生命周期評(píng)價(jià)（Life Cycle Assessment，簡(jiǎn)稱“LCA”）。這是一種避免以主觀視角評(píng)價(jià)產(chǎn)品、過(guò)程或活動(dòng)的環(huán)境負(fù)荷的方法［7］1044。LCA理論關(guān)注的是垂直活動(dòng)對(duì)環(huán)境資源的影響，即對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行“從搖籃到墳?zāi)埂钡难芯?，包括選取材料、生產(chǎn)加工、產(chǎn)品運(yùn)輸、使用、循環(huán)的整個(gè)過(guò)程。

產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)（LCA）框架見圖3。

由圖3可知，LCA共由4個(gè)步驟組成，即目的與范圍的確定、清單分析（Life Cycle Inventory，簡(jiǎn)稱“LCI”）、影響評(píng)價(jià)、結(jié)果解釋。各階段的結(jié)果解釋可指導(dǎo)提出優(yōu)化方案，LCA每個(gè)階段都會(huì)受到優(yōu)化方案施加的影響，是一個(gè)循環(huán)往復(fù)的過(guò)程［7］1044。

確定目標(biāo)和范圍需要明確產(chǎn)品功能信息，并對(duì)生命周期評(píng)價(jià)的原因以及運(yùn)用何種方法進(jìn)行解析，在分析過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)哪些限制因素，以報(bào)告的形式逐一列出目標(biāo)、數(shù)據(jù)、預(yù)期等；清單分析這一步是收集與統(tǒng)計(jì)與環(huán)境污染排放、能源消耗量和資源使用量相關(guān)的數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)投入產(chǎn)出比，基于數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性整合信息，實(shí)現(xiàn)結(jié)果最優(yōu)［8］21；影響評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)是在前兩個(gè)步驟的基礎(chǔ)上繼續(xù)深入細(xì)化數(shù)據(jù)的分類，所得結(jié)果描述的準(zhǔn)確性和細(xì)化程度呈正比，此時(shí)提出的解決方案可參考性更強(qiáng)；結(jié)果解釋即甄別研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，基于所得結(jié)論提出針對(duì)性的環(huán)保建議，對(duì)結(jié)果進(jìn)行二次評(píng)估，盡可能規(guī)避其他潛在因素對(duì)實(shí)施改進(jìn)措施的制約作用［8］21。

2.2 產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)模型

根據(jù)上述介紹的生命周期評(píng)價(jià)方法，考慮環(huán)境等影響因素，定義并量化能源消耗、物質(zhì)消耗、廢棄物等數(shù)據(jù)評(píng)估，建立生命周期產(chǎn)品模型。與此同時(shí)，在評(píng)估過(guò)程中平衡技術(shù)、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的關(guān)系等，產(chǎn)品生命周期綜合因素分析見表1。

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 稻殼制一次性餐具的發(fā)展現(xiàn)狀

稻殼制一次性餐具（全稱“稻殼制一次性全降解環(huán)保餐具”）是以稻殼粉為原材料，將其與符合國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)毒可食用的高分子有機(jī)熱熔膠混合攪拌均勻軋片、切料、模壓成型預(yù)干后，經(jīng)表面涂層，烘干獲得的多種形狀的餐具。

限塑令的升級(jí)使得尋求塑料餐具替代品迫在眉睫。安全環(huán)保、應(yīng)用范圍廣且能促進(jìn)節(jié)能減排的餐具受到歡迎［9］1。而稻殼制一次性餐具恰能替代塑料餐具，大幅降低濫用發(fā)泡塑料造成的負(fù)面影響，進(jìn)一步協(xié)助治理白色污染［9］1-2。稻殼制一次性餐具比其他競(jìng)品如紙質(zhì)餐具更具優(yōu)勢(shì)，造紙工業(yè)會(huì)產(chǎn)生大量工業(yè)廢水，消耗大量森林資源。稻殼制一次性餐具的優(yōu)點(diǎn)見表2。

作為稻米生產(chǎn)大國(guó)的中國(guó)擁有較為豐富的稻殼資源。如何高效集中處理稻谷資源是各大城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)的熱議話題。稻殼不易吸水，富含不易腐壞的木質(zhì)素及硅質(zhì)，可直接作為肥料使用。經(jīng)粉碎處理后，稻殼的材質(zhì)特性發(fā)生了變化，拋擲田野中能完全降解，填埋地下能夠漚成有機(jī)肥，是真正意義上的符合環(huán)保理念的資源。

稻殼制一次性餐具的原材料稻殼來(lái)源廣泛，是一種天然生物質(zhì)，可再生、周期短、易降解。根據(jù)產(chǎn)品低碳設(shè)計(jì)的原則，與木材、金屬、陶瓷、玻璃等相比，稻殼制產(chǎn)品能夠充分滿足人類的使用需求以及對(duì)自然的憧憬、向往之情。稻殼的硬度及耐磨性與其硅含量呈正比，并且密度小，不易吸水，在被粉碎后，堆積密度可達(dá)384～400 kg/m3。不同材質(zhì)的一次性餐具性能對(duì)照見表3。

稻殼制一次性餐具主要以天然稻殼為原材料，混以植物淀粉、天然樹脂等材料，最后通過(guò)一體注塑使其成型，具有可自然降解、不易發(fā)霉、耐冷耐熱耐腐蝕等諸多優(yōu)點(diǎn)。這是因?yàn)榈竟葰ぴ跓釅哼^(guò)程中，表面會(huì)形成一層光滑的植物纖維蠟，這能使餐具更加光滑，產(chǎn)生隔絕作用，從而預(yù)防霉菌和各類細(xì)菌滋生。

綜上所述，稻殼制一次性餐具價(jià)值高、性能好，是符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的綠色產(chǎn)品。

3.2 稻殼制一次性餐具的生命周期模型

稻殼一次性餐具全生命周期模型的建立，必須從低碳設(shè)計(jì)理念的角度考慮。該模型的建立將為研究產(chǎn)品生態(tài)特性和每一環(huán)節(jié)的碳排放量提供重要參考依據(jù)。在不同環(huán)節(jié)，產(chǎn)品使用的材料、生產(chǎn)工藝不同，側(cè)重點(diǎn)也不盡相同。

稻殼制一次性餐具生產(chǎn)仍處于初級(jí)發(fā)展階段，工藝、技術(shù)、設(shè)備仍在不斷更新，具有潛在的市場(chǎng)價(jià)值。

3.2.1 產(chǎn)品制造

產(chǎn)品制造的首要步驟是選取材料。來(lái)源廣泛的稻殼材料是一種有機(jī)類物質(zhì)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中往往作為廢料被丟棄。稻殼雖質(zhì)量較輕但占地面積大，難以進(jìn)行長(zhǎng)途運(yùn)輸，過(guò)去一般采用統(tǒng)一在郊區(qū)填埋或焚燒的處理方式，這種方式會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的危害。如今立式打包改進(jìn)為臥式打包，便于各個(gè)車間進(jìn)行不同的稻殼制一次性餐具生產(chǎn)，在簡(jiǎn)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)的同時(shí)助力“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3.2.2 包裝運(yùn)輸

包裝和運(yùn)輸是相輔相成的兩個(gè)環(huán)節(jié)。部分商家為提高產(chǎn)品銷量，獲取更多的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)，傾向采用煩瑣、復(fù)雜的產(chǎn)品包裝，這種行為增加了產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)呢?fù)擔(dān)，大幅降低了材料資源的利用率，與低碳設(shè)計(jì)理念相悖。因此稻殼制一次性餐具包裝要遵循輕量化設(shè)計(jì)原則，優(yōu)先使用碳排放量較小的材料，達(dá)到低碳節(jié)能的目的。紙包裝大多采用瓦楞紙，現(xiàn)在蜂窩瓦楞紙技術(shù)可一次性成型，能源利用率大幅提升。目前，在美國(guó)、日本等國(guó)家，蜂窩瓦楞紙已成為常用的新型綠色包裝材料。

3.2.3 產(chǎn)品使用

產(chǎn)品使用會(huì)造成能源消耗，相較于更改產(chǎn)品使用功能或方式，引導(dǎo)人們自發(fā)保護(hù)環(huán)境成為最優(yōu)選擇，這要求產(chǎn)品承擔(dān)更多的責(zé)任。稻殼制一次性餐具可回收處理，對(duì)環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)小，可降解且物理特性優(yōu)秀，適宜進(jìn)行推廣。

3.2.4 回收處理

產(chǎn)品回收處理是指回收失去使用價(jià)值和物質(zhì)功能的產(chǎn)品，產(chǎn)品回收涉及收集、分揀、拆解、處理和再利用等環(huán)節(jié)，需要進(jìn)行人員、設(shè)備等多方投入，同時(shí)還要進(jìn)行合規(guī)處理，做到高要求、高標(biāo)準(zhǔn)、高效率。中國(guó)資源浪費(fèi)問(wèn)題日益嚴(yán)峻，由于缺乏系統(tǒng)組織管理，回收日常生活用品難度大，埋下了隱患。因此在設(shè)計(jì)時(shí)要注重提高產(chǎn)品的可回收率，以進(jìn)一步促進(jìn)節(jié)能減排。

3.3 討論與分析

分析稻殼制一次性餐具全生命周期模型可以發(fā)現(xiàn)，該產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物的高效利用，是一種可以變廢為寶和減少木材消耗的環(huán)保產(chǎn)品，對(duì)提高森林覆蓋率具有積極作用，兼具經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

第一，稻殼餐具生產(chǎn)行業(yè)逐漸呈現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展趨勢(shì)，在機(jī)械化和自動(dòng)化技術(shù)的助力下，低成本、高效率的發(fā)展方式得以實(shí)現(xiàn)，能在遵循低能耗原則的基礎(chǔ)上系統(tǒng)提升產(chǎn)品質(zhì)量。

第二，工藝開發(fā)低碳化。加熱烘干設(shè)備用電量較大，為降低電耗，可采取其他加熱方式（如微波）。

第三，進(jìn)一步探索工藝技術(shù)。稻殼制一次性餐具的制作工藝及生產(chǎn)設(shè)備仍需不斷完善，其生產(chǎn)技術(shù)也亟須迭代更新。以節(jié)能節(jié)電、縮短工藝流程、提質(zhì)增效為目標(biāo)進(jìn)行開發(fā)，是稻殼制一次性餐具加工技術(shù)重要的突破方向。

4 結(jié)語(yǔ)

“雙碳”背景下，低碳理念在工業(yè)設(shè)計(jì)中逐漸受到關(guān)注，與傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相比，低碳設(shè)計(jì)加強(qiáng)了對(duì)材料選擇、生產(chǎn)加工、產(chǎn)品運(yùn)輸及回收的全生命周期的標(biāo)準(zhǔn)控制。本文以稻殼制一次性餐具為例，基于產(chǎn)品全生命周期評(píng)價(jià)的方法與流程，分析包含生產(chǎn)銷售、使用、回收等環(huán)節(jié)的影響因素以及低碳優(yōu)化方法，在性能方面對(duì)稻殼制一次性餐具與其他材質(zhì)的一次性餐具進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)分析提出，稻殼材質(zhì)產(chǎn)品具有良好的發(fā)展前景，在節(jié)能減排、降低成本、提高性能、促進(jìn)循環(huán)利用等方面有較為優(yōu)越的表現(xiàn)，能夠促進(jìn)工業(yè)設(shè)計(jì)行業(yè)綠色低碳發(fā)展。

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1-2.

作者簡(jiǎn)介：汪軍（1981—），男，上海人，博士，副教授，研究方向：低碳城市與可持續(xù)設(shè)計(jì)。

張梓茜（1999—），女，上海人，碩士在讀，研究方向：可持續(xù)設(shè)計(jì)。