引言

气候变化问题已经成为全世界面临的重大挑战之一。为减缓气候变化带来的负面影响，2015年联合国气候变化大会签署《巴黎协定》，指出各缔约方将加强对气候变化威胁的全球应对 ^[1]。目前已有130多个国家和地区提出了碳中和承诺 ^[2]。2020年，我国在第七十五届联合国大会上宣布，力争2030年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和目标（简称“双碳”目标）。在实现绿色转型的同时，“双碳”目标给我国宏观经济发展、工业企业生产和经济增速带来巨大挑战。工业部门作为能源消耗和二氧化碳排放的主要领域，其重点领域的碳减排对于我国实现“双碳”目标意义重大 ^[3]。

在“双碳”目标下，碳足迹研究引起了广泛的关注。碳足迹是指产品全生命周期过程中所排放的二氧化碳及其他温室气体转化二氧化碳等价物 ^[4]。ISO 14067标准指出产品碳足迹是基于使用单一影响类别的气候变化生命周期评估一个产品系统中的温室气体排放和清除量的总和，以二氧化碳当量表示 ^[5]。国务院印发的《 2030年前碳达峰行动方案》提出，“建立重点企业碳排放核算、报告、核查等标准，探索建立重点产品全生命周期碳足迹标准”。在我国立足新发展阶段、构建新发展格局及可持续发展、绿色发展和“双碳”目标的战略背景下，对碳足迹进行研究具有重要的现实意义。目前国内外主要是采用生命周期评价法（Life Cycle Assessment，LCA）来开展产品碳足迹评价研究，通过对产品的整个生命周期进行分析来计算和评价产品实际、潜在消耗的资源和能源以及排出的环境负荷 ^[6]。从2007年起，许多国家和地区已经开始实施碳标签的推广活动，碳标签制度正在逐渐成为低碳经济发展认证标识与全球贸易的绿色通行证 ^[7]。

石化行业作为典型的原料加工行业，其绿色低碳转型不仅关系到工业企业的碳排放，并且会对交通运输、机械设备等上下游产业的碳减排产生积极影响。石化产品中有许多是中间产品，其全生命周期碳足迹分析能够引导消费者或下游企业选择碳排放量更低的产品，对于构建绿色供应链有着重要意义；同时石化产品中还有许多出口产品，其碳足迹核算则有助于企业积极应对碳关税等政策，提升产品的国际竞争力。因此，石化产品碳足迹库的建立无论是从国内“双碳”目标实现还是从国际市场竞争优势的角度，都具有深远的意义。本文以润滑脂为例进行典型石化产品的碳足迹方法学研究，不仅为下游企业提供了重要中间产品的碳足迹参考值，还能够通过细致的碳足迹核算方法助力企业找准碳减排点，同时更是对石油石化产品碳足迹方法库的完善和补充。

1 文献综述

碳足迹的研究被广泛应用在工业、建筑业、农业、制造业等领域。国内外的研究主要围绕碳足迹的概念、评估标准、核算方法、影响因素分析等方面展开。由于不同国家和地区的行业发展水平、能源结构以及依照的评估标准不同，其碳足迹研究存在明显的地区差异。

一些学者对碳足迹的概念、评估标准、碳标签制度等进行了相关研究。刘含笑等 ^[8]、杨传明 ^[9]等认为目前学术界对碳足迹相关概念、评估标准及计算方法研究较多，但尚未达成共识，在衡量温室气体种类、度量基本单位和界定系统边界方面仍存在争议。李木森等 ^[10]就实施碳标签制度的重要性、必要性进行了探讨。张雄智等 ^[11]认为一些发达国家已经具备了比较完善的碳标签制度，但目前国际上仍没有统一的碳标签实施标准，导致各国碳标签制度都存在或多或少的差异。翁夏燕等 ^[12]研究表明，中国碳标签制度虽然有了一定的实践和应用，但各行业碳标签标识不统一，不能实现互认互通。

针对碳足迹的研究遍布电子产品、建筑业、农业等行业，并且已逐渐发展到供应链碳足迹研究领域。早在2006年，Frey等 ^[13]已经对移动电话进行生命周期评估，研究其碳足迹，并开发了一个电子产品数据库。2018年11月，中国电子节能技术协会发布了首个电子产品碳足迹标准——《中国电器电子产品碳足迹评价通则》 ^[14]。王吉凯等 ^[15]开展了家电产品碳足迹研究，制定了碳排放评估模型。章玲玲等 ^[16]以液晶显示器为例，分析电子产品供应链各阶段的碳足迹分布，认为供应链企业之间可以通过协同合作共同减少碳足迹。Zhang等 ^[17]通过建筑原型的方法，自下而上检查城市建筑存量的碳排放，以支持低碳城市规划。Tam等 ^[18]研究发现，建筑业的发展趋势是利用建筑信息模型BIM和LCA集成，以优化建筑设计来减少资源消耗和环境污染。张丹等 ^[19]发现同一农作物的碳足迹在不同核算方法下相差甚远，由此提出采用生命周期方法量化农作物生产的碳足迹。

虽然国内外对于碳足迹的研究成果丰富，在宏观领域的研究按照组织、产品、国家、活动等不同的视角开展，在微观产品领域的碳足迹研究包括了纸制品、能源、食品等诸多典型产品，但是，针对石化产品的碳足迹研究仍然较少，且缺乏相应的数据库。这主要是因为石化行业产业链复杂、产品众多，且石化产品下游加工和应用路径较广泛，因此在石化领域的研究通常都是对某一特定产品进行碳足迹评估。黄晟等 ^[20]分析了在碳中和背景下石油化工行业的低碳发展路径，列举了乙烯、成品油等的生产工艺现状及相关碳排放。庞凌云等 ^[21]总结了石化行业重点产品炼油、乙烯、丙烯、对二甲苯和合成氨等的产量和碳排放强度。陈广卫等 ^[22]结合国内炼化企业计算了二甲苯从“摇篮”到“大门”生命周期的温室气体排放量。

根据有限的文献认知，在润滑脂产品碳足迹研究方面，国内基本处于空白状态。目前国内主要的润滑脂生产商，例如中国石化，已经启动了产品碳足迹的研究，但是仍未有统一的方法学和评价标准，且企业层面的研究大多还停留在碳核算和碳核查的角度。由于碳足迹、碳标签的相关标准大多具有通用性和一般指导作用，但针对不同产品的具体情况存在着较大的差异性，核算和评价方法也不尽相同。在使用不同标准计算产品碳足迹时，会造成结果的偏差，不利于产品碳足迹的精准核算和企业碳管理的有效实施。因此本文在碳足迹通用核算方法的基础上，建立了石化产品碳足迹评价方法，并以润滑脂产品为例进行了实例分析。旨在通过研究丰富碳足迹评价方法及数据库，为石化产品精准统一的碳足迹核算及全行业碳足迹方法库建立提供理论与实证支撑。

2 模型与方法 2.1 LCA方法

LCA方法是评价产品全过程碳排放的有效方法，也是环境管理的重要工具。目前国际上最权威的产品碳足迹标准有3个，分别为：①《商品和服务在生命周期内的温室气体排放评价规范》（PAS 2050：2011），为全球首个产品碳足迹方法标准；②《温室气体—产品的碳足迹—量化要求与指南》（ISO 14067：2018），是国际标准化组织为解决产品碳足迹制定的具体计算方法，该标准因其发布单位的国际权威性而被视作更具普适性的标准；③《温室气体核算体系》（GHG Protocol）中的《产品生命周期核算和报告标准》，该标准被认为是对碳足迹核算指导最为详细的标准 ^[23]。表 1分析了三个不同标准在各个方面衡量的差异。

2.2 三种标准的应用范围

PAS 2050、ISO 14067和GHG Protocol是基于现有的环境管理体系ISO14040和ISO14044的LCA框架的产品碳足迹标准，这三个核心国际标准在概念定义、核算要素和方法上存在分歧。由于这些分歧的存在，选择不同的标准会导致产品碳足迹的计算结果存在一定差异，并可能会削弱产品碳足迹结果的可靠性和可比性。根据李楠等 ^[23]对于胶版印刷纸的碳足迹核算研究发现，三个标准规定的差异可能导致产品碳足迹核算结果产生较大的不确定性，依据GHG Protocol和ISO 14067的核算结果分别比PAS 2050高61% 和49%。在Liang等 ^[24]对纸制品的碳足迹研究中发现，根据PAS 2050标准计算出的产品碳足迹值是最小的，主要是因为截止标准、延迟排放和排除焚烧过程中的能量回收。Wang等 ^[25]对认为PAS 2050标准是最适合量化中密度纤维板碳足迹的方案，原因在于它为截止标准和其他排除规则提供了更具体的指导。

通过分析不同企业的产品碳足迹报告发现，大多企业产品碳足迹核算以PAS 2050和ISO 14067标准为主，还有的企业三个标准结合使用。使用不同的标准会导致产品碳足迹的计算结果不一致，只有基于一致的标准，产品碳足迹才具有可信性和可比性。因此，为不同行业的碳足迹核算建立一致、透明和准确的标准，对实现碳中和的目标至关重要。本文对于润滑脂产品碳足迹方法学的研究是在PAS 2050和ISO 14067的框架下进行的。

2.3 石化产品碳足迹评估方法及难点

石化产品碳足迹评估的过程包括以下五个环节：确定评价对象及系统边界、绘制产品的生命周期图、分析各环节的物料平衡、计算各环节的碳足迹排放、编制产品的碳足迹报告，如图 1所示。

2.3.1 石化产品碳足迹评估方法

石化产品生产过程二氧化碳排放包括原料带入排放、能源消耗排放、生产工艺排放、辅助材料带入排放以及运输过程排放，如公式（1）所示。

(1)

（1）原料带入排放。原料带入排放指原料获取阶段产生的二氧化碳；生产过程中使用的原材料排放优先使用供应商提供的碳排放数据；当供应商无法提供时，可查询相关LCA评价数据库或由简化计算得到。

(2)

式中，M_原料是指原料消耗量，t；e_原料是指原料排放因子，kgCO₂/t。

（2）能源消耗排放。能源消耗排放主要是指由外部公用工程供入各生产环节的电、蒸汽、热力所对应的温室气体排放，可以根据电、蒸汽、天然气的消耗数据与其对应排放因子计算。

(3)

式中，M_天然气是指生产过程中天然气消耗量，m³；e_天然气是指天然气碳排放因子，kgCO₂/m³；M_电是指耗电量，kW· h；e_电是指电力碳排放因子，kgCO₂/（kW· h）；M_蒸汽是指蒸汽消耗量，t；e_蒸汽是指蒸汽碳排放因子，kgCO₂/t。

（3）生产工艺排放。石化产品生产过程中的工艺排放大部分来自反应过程中产生的温室气体，可以根据工艺过程的特定参数或实测数据计算。

（4）辅助材料带入排放。石化产品生产过程会使用各种辅助材料，其碳排放优先使用供应商提供的数据，当供应商无法提供时，可查询相关LCA评价数据库或由简化计算得到。

(4)

式中：M_材料是指辅助材料消耗量，t；e_材料是指辅助材料排放因子，kgCO₂/t。

（5）运输过程排放。产品生产过程中，碳足迹核算包括原材料从产地运输到工厂、中间产品在厂内的运输和最终产品运输到下游企业等过程产生的温室气体排放。

(5)

式中：M^原料是指原料运输量，t；S_原料是指原料运输里程，km；e_原料运输是指原料运输碳排放因子，kgCO₂/（t· km）；M_电是指耗电量，kW· h；e_电是指电力碳排放因子，kgCO₂/（kW· h）；M_产品是指产品运输量，t；S_产品是指产品运输里程，km；e_产品运输是指产品运输碳排放因子，kgCO₂/（t· km）。

2.3.2 石化产品碳足迹评估难点

（1）产品工艺流程复杂，边界难以清晰划分。石化产品按流程又可以分为炼油产品和化工产品，大多具有流程长、工艺复杂的特点。石化产品的源头大部分为原油，不同产地的原油、采用不同的运输方式都会导致原油碳足迹有较大差异，进而影响下游产品的碳足迹数值。且由于许多炼油化工企业为炼化一体化工厂，因此在生产边界划分时，难以进行清晰的界定。

（2）生产流程介质种类多，排放因子尚无统一标准。排放因子通常是基于抽样测量或统计分析获得的，表示在给定操作条件下某一活动水平的代表性排放率。石化产品生产流程中，除了传统的燃料和电之外，还涉及各种不同压力的水工质、净化风等，而这些介质的排放因子如何选取尚无统一标准。目前在计算过程中用到的其他能耗工质排放因子计算方法采用折标煤法，即通过热值将水工质、净化风、非净化风和氮气折算为标煤量，再乘以标煤排放因子得到。另外，其他能耗工质排放因子也可根据企业生产的实际耗电量和耗能量进行计算，这种做法更符合企业生产实际，更能凸显企业节能低碳水平。

（3）共生产品种类多，分配规则尚无统一标准。分配是指将输入和输出按照明确的规定和合理的分配方法分配给不同产品。由于石化产品常常是一个装置生产多种产物，因此，装置的能耗和碳排放以何种标准在各个产品中进行分配也是影响碳足迹的主要因素。目前在石化产品中最常用的为质量分配法，即按不同产物的产出质量进行碳排放的分配。但对于某些质量较轻但经济价值较高的中间产物（如氢气），按质量分配难以体现出其真正的碳排放量。因此，不同石化产品的碳足迹核算亟须建立分产品的、细致可操作性的核算方法学和标准。

3 典型石化产品全生命周期碳足迹分析——以润滑脂为例 3.1 确定评价对象和系统边界

本文的研究对象是某润滑脂产品，使用的数据来源于其2020年的实际生产数据，包括物料平衡表、能耗统计表、运输方式及运输里程等数据，由于数据量大，因此在本文中未列出所有原始数据。本研究采用“从摇篮”到“大门”的方法划分系统边界，即原料运输入厂、生产加工、产品出厂运输到下游企业三个过程。该过程涉及的人力资源消耗部分排除在系统边界之外。

3.2 产品生产流程分析

本研究选取经典的润滑脂生产流程，即通过皂化反应和加剂处理的生产工艺。生产流程包括原料获取阶段、产品生产阶段和产品运输阶段，具体生产过程如图 2所示。在原料获取阶段，生产产品所必需的各种原材料通过厂外运输方式进入厂区，经过原料预处理—转化反应—皂化反应—升温过程—恒温过程—倒釜洗釜—调稠加剂后处理—灌装等一系列的生产过程，最终形成润滑脂产品出厂，运往下游各企业。在生产过程中，由于能源计量设备和方式的受限，难以将能源消耗量细分到各个子过程中，因此在本文的研究中将整个生产过程作为一个整体进行分析。

3.3 生产过程中的物料平衡

图 3展示了生产1t润滑脂过程中物料投入和能源消耗情况流程图，包括生产原料投入、能源消耗和辅助材料投入，以及运输过程情况。

3.4 各环节碳排放计算

本节基于产品碳足迹核算规则及润滑脂生产流程详细核算了该产品生产环节的碳足迹。

3.4.1 原料带入排放

制作某润滑脂所需的原材料及排放因子如表 2所示，需要注意的是原料碳排放优先选取供应商提供的碳排放值，如果供应商无法提供则可以在各权威数据库中进行查找。

3.4.2 能源消耗排放

在该产品的制造过程中，能源消耗所产生的碳排放主要集中于天然气、电力和蒸汽，具体能源消耗所产生的碳排放如表 3所示。

3.4.3 生产工艺排放

在润滑脂制造过程中，生产工艺不产生额外碳排放，由此可忽略本部分。

3.4.4 辅助材料带入排放

在某款润滑脂产品生产过程中，辅助材料主要为水，消耗量是0.156t，水的碳排放因子为0.62kgCO₂/t。由此计算出辅助材料带入产生的碳排放为：

3.4.5 运输过程排放

根据该产品实际运输数据，可以得到某款润滑脂的原料及产品运输过程的运输量和里程数，由运输量、行驶里程和排放因子可以计算出每部分原料厂外运输的碳排放、厂内运输的碳排放和厂外产品运输的碳排放，如表 4所示。

3.5 计算结果述评

由以上过程可计算出某润滑脂生产过程中总CO₂排放量为上述五个过程碳排放量总和，即1449.15kgCO₂/t。整个生产过程碳排放如图 4所示，展示了生产1t某款润滑脂过程中每部分原料、能源、辅助材料及运输过程的碳排放。图 5对该产品碳排放量中的三大部分，原料带入排放、能源消耗排放和运输过程排放进行了比重分析。

由图 4和图 5可以看出，该产品的生产过程中最主要的碳排放环节是原料带入产生的碳排放，占比71% 以上，这是由产品的生产原料性质导致的，石油磺酸钙的碳排放占原料带入总排放的78% 以上；其次是运输过程碳排放，占比近20%，主要由厂外产品运输导致；再次是能源消耗排放，占比9.52%，其中大部分是由于电力使用和天然气使用造成的；辅助材料带入排放占比仅为0.01%。原料带入排放、能源消耗排放和运输过程排放三大部分之和占最终产品碳排放量的99.9% 以上。

通过图 4和图 5的展示可以发现，在运输环节，厂外产品运输产生的碳排放远远高于厂内运输产生的碳排放，这主要是由运输里程和运输方式导致的，因此企业优化运输环节能够较明显地改善产品碳足迹。原料带入排放则由于生产流程的限制难以进行大幅度变更，但是企业在进行供应商选择时可以优先选择碳排放低的相关产品，有利于降低自身碳足迹。

3.6 碳足迹优化潜力分析

基于对该产品碳足迹计算过程和数值的详细核算，本文对于该产品碳足迹优化潜力进行了深入分析。

（1）原料带入排放占比最高，这主要是由于该产品生产过程中使用了石油磺酸钙等化工原料，本身具有高碳排放属性。因此，企业应优先选择绿色低碳的原材料，降低原材料带入排放可直接有助于降低产品本身碳排放。

（2）运输阶段碳排放占比第二，这是由该产品特定的运输方式（以公路运输为主）导致的。因此，生产企业需要特别关注运输过程，尤其是厂外运输。优化运输过程碳排放对于该产品全生命周期碳排放的降低有重要意义，企业可以从以下方面考虑：

① 合理优化产业布局，减少厂外产品运输碳排放。按照产品消费区域合理优化产业结构布局，按照产品消费地配置资源，就近生产，就近使用，以减少产品运输过程中产生的碳排放。

② 将汽车运输改为火车运输，或者结合实际情况，采用火车运输与汽车运输相结合的方式，来降低产品运输过程中的碳排放。火车运输的碳排放因子为0.014 kgCO₂/（t· km）^[28]，汽车运输的碳排放因子为0.187 kgCO₂/（t· km），每吨产品每千米运输将减少92.5% 的碳排放量。③采用新能源车辆运输。新能源车辆中99% 是适用于客运领域的纯电动与插混动力汽车，对短距离运输可以发挥良好作用，但是对中长距离、中重型燃油卡车运输的替代性较差。对于较短距离的产品、原料运输以及厂内运输，选择新能源车辆可以减少运输过程的碳排放。

（3）优化生产过程的碳排放，企业可以从以下方面入手：

① 采用绿电替代。企业如采用绿电，可以降低电力排放因子，直接影响产品碳足迹结果。本文进行了初步核算，若企业电力来源采用30% 的绿电，每生产1t产品将减少22.02kgCO₂排放，即总碳排放量减少4.43%；若企业电力来源采用50% 的绿电，每生产1t产品将减少36.71 kgCO₂排放，即总碳排放量减少7.38%；若企业电力来源采用80% 的绿电，每生产1t产品将减少58.73 kgCO₂排放，即总碳排放量减少11.81%。

② 采用减排技术。采取技术可行、经济合理的措施来提高能源的利用效率，最大限度地减少能耗。企业可采用先进的工艺使工艺总用能最佳化，包括优化生产流程、提高装置操作弹性、改进反应操作条件等，以降低能源消耗。

③ 能源综合利用。企业可以把生产中大量使用的燃料、蒸汽、电力、机械能和生产过程中产生的可燃性气体、反应热及多种余能有效地组合起来，以提高系统能源使用效率。

综合考虑以上建议，假设生产过程中采用50% 的绿电；厂外产品运输80% 的路程改为铁路运输，20% 改为新能源车辆运输；厂外原料运输及厂内运输全部改为新能源车辆运输。改进后的碳排放为1149.839 kgCO₂/t，较现有碳排放水平降低299.311 kgCO₂/t，减少20.65% 的碳排放量，如表 5所示。

4 结论与未来研究展望 4.1 结论

本文通过建立石化产品碳足迹核算与评价方法，并以某润滑脂产品为例进行了碳足迹的核算与分析。通过研究，得到了以下结论：

（1）本文建立了皂化反应—加剂处理典型工艺润滑脂的碳足迹核算方法学，明确了评价边界和范围，并分别进行了原材料带入排放、能源消耗排放、生产工艺排放、辅助材料带入排放和运输过程排放的方法学梳理。本研究为相近工艺的润滑脂碳足迹核算提供了依据。

（2）本文给出的算例，基于某润滑脂生产企业2020年的实际生产数据，包括物料平衡表、能耗统计表、运输方式及运输里程等数据。其他企业在使用本方法进行计算时，需根据自身生产情况对数据进行动态调整。其中生产原料带入排放可以根据自身采购情况选取对应上游物料的排放因子；电力排放因子采用所在地区电网实际排放因子；运输过程排放因子可采用本研究列出的数值乘以实际运输距离；其他通用物料的计算过程均可采用本研究展示的方法。

（3）本文所给出的润滑脂碳足迹核算方法学，是在ISO 14067和PAS 2050框架内，针对石化产品的生产过程特点进行的细化和完善。与通用方法学相比，对于此类石化产品碳足迹核算过程中的重要问题，如主要能源排放因子选取、辅助材料排放量计算、运输过程碳排放核算、原材料碳排放值的选取规则等问题进行了详细解释，并给出了详细的计算范例。本方法可为类似生产流程的产品碳足迹核算提供理论和实证支撑。

4.2 未来研究展望

石化产品碳足迹核算与评价对于识别高排放装置或工艺具有重要指导作用，结合工艺过程排放特点提出生产过程产品方案与能耗规律的分配方法，真正使企业因调整产品结构导致的碳排放变化反映到产品碳足迹结果当中，指导低碳能源产品生产，从而整体降低我国石化行业碳排放。开展石化行业全行业、全产品的碳足迹评价工作，并辅以信息化技术为支撑，能够实现碳足迹评价更大范围、更加精细化的数据收集与获取需求。

未来随着数据库的不断丰富，研究将不断对计算过程进行补充及优化，以对产品碳足迹进行更精准的核算，并提出更有针对性的减排建议。受限于生产装置的用能难以拆分，为了计算简便，本研究把所有的生产过程作为一个整体进行统一核算，没有更细致的拆分生产步骤，因此无法了解每一生产装置的碳排放情况。未来在企业能源统计更加细致的情况下，本研究将尝试对碳足迹核算进行精准到装置的细化研究，这将有助于企业更精准地了解碳排放来源，更好地指导企业节能减排工作。