碳足迹(Carbon Footprint)是一个衡量人类活动对环境影响的指标。“碳足迹”的概念源自于“生态足迹”,主要以二氧化碳排放当量(CO2 equivalent,简写成CO2eq),表示人类的生产和消费活动过程中排放的温室气体总排放量。
碳足迹是以生命周期评价方法(Life Cycle Assessment, LCA)评估研究对象在其生命周期中直接或间接产生的温室气体排放。对于同一对象而言,碳足迹的核算难度和范围要大于碳排放,其核算结果包含着碳排放的信息。
随着全球气候变化和环境问题的日益严重,碳足迹的核算变得尤为重要。它不仅能帮助我们更准确地了解人类活动对环境的影响,还能为制定减排策略、促进绿色低碳转型提供科学依据。
竹子从生长发育、采伐收获、加工制造、产品利用直至废弃处置的全生命周期过程,是碳循环的全过程,包括竹林碳汇、竹产品生产使用和废弃后分解的碳足迹 。
本调研报告试图通过对碳足迹、碳标签知识的解析,以及对于现有竹产品碳足迹研究的整理,呈现生态竹林种植及产业发展对气候适应的价值。
碳足迹核算
概念
根据《联合国气候变化框架公约》定义,碳足迹是指衡量人类活动中释放的,或是在产品/服务的整个生命周期中累计排放的二氧化碳和其他温室气体的总量。
“碳标签”是“产品碳足迹”的表现形式,是一种将产品从原材料到废弃物回收的全生命周期温室气体排放量以数字形式标记出来,以标签的形式向用户提供关于产品碳排放量的信息。
生命周期评价(LCA),是近年来西方国家酝酿发展起来的一种崭新环境影响评价方法,目前仍处于不断发展研究阶段。产品碳足迹评价标准基本选择LCA法,且LCA法被认为是目前提升碳足迹计算可信度与便捷性的最佳选择。
LCA首先辨识和量化整个生命周期阶段中能量和物质的消耗以及环境释放,然后评价这些消耗和释放对环境的影响,最后辨识和评价减少这些影响的机会。2006年颁布的ISO14040标准,把“生命周期评价步骤“分为四个阶段:目的与范围的确定、清单分析、影响评价和解释。
标准与方法
碳足迹目前的核算方法有多种。
在国内,依据方法的系统边界设定和模型原理可以将核算的方法分为三类:过程生命周期评价(Process-based,PLCA)、投入产出生命周期评价(Input-output LCA,I-OLCA)、混合生命周期评价(Hybrid-LCA,HLCA)。我国目前尚缺乏统一的碳足迹核算的国家标准。
在国际上,产品层级主要的国际标准主要有三个:《PAS2050:2011产品与服务生命周期温室气体排放的评价规范》(BSI.,2011)、《产品生命周期核算与报告标准》(GHGP rotocol)(WRI,WBCSD,2011)、《ISO14067:2018温室气体-产品碳足迹-量化要求及指南》(ISO,2018)。
根据生命周期理论,PAS2050与ISO14067是目前确定的,具有公开具体计算方法的评估产品碳足迹的标准,其均包括两种评估方法:企业到消费者B2C ( Business-to-Customer ) 、企业到企业B2B ( Business-to-Business )。
B2C评价内容包括原材料、生产加工、分销和零售、消费者使用、最终废弃或再生利用环节、即“从摇篮到坟墓”。B2B评价内容包括原材料、生产加工、运输至下游商户,即“从摇篮到大门”。
PAS2050产品碳足迹认证流程包括三个阶段:启动阶段、产品碳足迹计算阶段、后续步骤。ISO14067产品碳足迹核算流程包括五个步骤:明确目标产品、确定核算系统边界、明确核算时间边界、梳理系统边界内排放源、产品碳足迹核算。
意义
通过核算碳足迹,我们可以识别出那些高排放的环节和领域,从而采取相应的措施进行减排。核算碳足迹还能引导我们形成低碳的生活方式和消费模式。
碳标签是揭示产品生产环境或生命周期内温室气体排放情况的重要手段,也是投资者、政府监管部门和社会公众等利益相关者了解生产主体温室气体排放情况的窗口。碳标签作为一种重要的碳信息披露手段,已经被越来越多的国家广泛接受。
农产品碳标签是碳标签在农业产品上的具体应用。相比于其他类型的产品,农产品引入碳标签更具有迫切性。其一,农业是重要的温室气体排放源和最大的非二氧化碳温室气体排放源。其二,相比于工业领域,农业生产环节的碳标签信息披露尚不完备,制约了应用场景的丰富性。其三,消费者在消费端难以得到产品碳足迹的有效信息。近年来,一系列研究揭示,特定消费者群体愿意为低碳产品支付成本,而碳标签恰好能弥补生产者和消费者之间的信息不对称,有助于提高市场运行效率。
竹产业链
竹产业链基本情况
我国竹加工业产业链中分为上、中、下游。上游为竹子的各部分原料及其提取物,包括竹叶、竹花、竹笋与竹纤维物等等。中游涉及竹建材、竹制品、笋竹食品、竹浆造纸等多个领域的上千个品种;下游为竹产品应用领域,包括造纸、制作家具、作为药用材料和竹文化旅游等等。
图1 竹产业链产品基本情况
竹资源是竹产业发展的基础。按照用途可分为材用竹、笋用竹、纸浆用竹和园林观赏竹等。从竹林资源的性质来看,材用竹林占比为36%,其次为笋材两用竹林、生态公益竹林和纸浆竹林,分别占比 24%、19%和 14%,笋用竹林和风景竹林占比较小。我国竹资源丰富,有竹子837种、年产竹材1.5亿吨。
图2 我国竹林资源结构分布
毛竹是我国特有的最重要的竹种。目前,我国竹质工程材料加工、鲜笋市场和笋加工产品都是以毛竹为主要原材料。未来,毛竹仍将是我国竹资源培育的主体。目前,我国重点竹加工利用的十类产品类型有竹材人造板、竹地板、竹笋、竹制浆造纸、竹纤维产品、竹家具、竹日用制品及工艺品、竹炭及竹醋液、竹提取物及饮品、竹林下经济产品和竹文旅康养。其中,竹材人造板和工程用材料是我国竹产业的支柱。
竹产业链在双碳目标下如何发展
“双碳”目标即为中国力争2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。目前,我国已在多个产业加大对碳排放的要求,并积极挖掘绿色、低碳、经济效益高的产业。竹林产业除了自身的生态优势之外,作为碳汇、进入碳交易市场的潜力也有待发掘。
(1)竹林碳汇资源广:
根据目前我国数据,近50年来,中国竹林面积显著增加。20世纪50~60年代的245.39万公顷增加到21世纪初的484.26万公顷(未计入台湾地区数据),同比增长97.34%。且竹林占全国有林地面积的比例由2.87% 增长到2.96%。竹林资源已成为我国森林资源的重要组成部分。据第6次全国森林资源清查统计,在全国484.26万公顷的竹林中有毛竹337.2万公顷,近75亿株,约占全国竹林面积的70%。
(2)竹林生物自身优势:
①竹子的生长周期短,生长爆发力强,并且具有可再生生长和隔年采伐的特性,利用价值高,且不存在皆伐后水土流失及连栽后地力退化等问题,极具固碳潜力。数据显示毛竹林乔木层碳年固定量为5.097t/hm2(不含年枯落物生产量),是速生阶段杉木的1.46倍。
②竹林竹林生长条件较为简单,生长方式迥异、分布破碎且面积持续异动,地理分布面积大,范围广,主要分布在17个省市,集中在福建、江西、湖南及浙江等地,能够对应在不同地区进行快速、大规模发展,形成复杂且密切的碳时空格局和碳源汇动态网。
(3)竹林碳汇交易的条件成熟:
①竹材的再生利用产业较为完善
竹产业横跨一二三产业,产值从2010年的820亿元,增至2022年4153亿元,年均增长30%以上。预计到2035年,竹产业产值将超过1万亿元。目前在我国浙江安吉县已进行了全新竹产业链模式的创新,着眼于由自然与经济到相互融合的二元农业碳汇综合方法。
②相关政策支持
在提出双碳目标后,我国已经发表多项政策和意见,指导全社会产业进行碳中和管理。2021年11月11日,国家林业和草原局、国家发展改革委和科技部等十个部门发表《十部门关于加快推进竹产业创新发展的意见》。2023年11月2日,国家发改委等多个部门联合发布《加快“以竹代塑”发展三年行动计划》。除此之外,在其他省份如福建、浙江、江西等地,均提出关于推进竹产业发展的意见,在多种产业带融合协作下,引入了碳标签、碳足迹的新型交易模式。
如何核算竹产业链碳足迹?
竹产品碳足迹研究进展
目前国内外竹产品碳足迹的研究较少。根据现有研究,毛竹在不同的利用方式如展开、集成、重组方式下最终的碳转移储存量不同,从而对竹制品最终碳足迹的影响也不同。
竹产品全生命周期碳循环过程
竹产品从竹子生长发育(光合作用)、培育经营、采伐收获、原料仓储、产品加工利用直至废弃分解(分解作用)的全过程,完成全生命周期。竹产品全生命周期碳循环包括竹林培育(栽植、管理、经营)、原料生产(竹材或竹笋采集运输、仓储)、产品加工利用(加工过程中各工序)、销售使用和废弃处置(分解作用)等5个主要环节,涉及碳固定、积累、储存、封存和各个环节的直接或间接碳排放(见图3)。
图3 竹产品全生命周期碳循环过程碳足迹(引自费世民等,2021)
竹林培育的过程可以视为“碳积累、储存”的环节,涉及栽植、管理、经营等活动中直接或间接碳排放。
原料生产是连接营林企业和竹产品加工企业的碳转移环节,也涉及竹材或竹笋采收、初加工、运输、仓储过程中直接或间接碳排放。
产品加工利用是碳封存环节,把碳长期固定封存在产品中,还涉及各单元加工、产品加工和副产品利用等整个过程中各工序的直接或间接碳排放。
产品进入消费者使用环节后,碳彻底固定于竹产品中,如家具、建筑、日用制品、纸品等,随着使用年限的增加,将会延长碳封存的实践,直至废弃处置为止,分解释放CO2,重新回到大气中。
根据周鹏飞等(2014)研究,以毛竹展开方式下竹砧板为研究对象,采用《商品和服务在生命周期内的温室气体排放评价规范》(PAS 2050:2008)为评估标准。选择B2B的评价方式,全面评估包括原材料运输、产品加工到包装入库等所有生产过程的二氧化碳排放量和碳储量(见图4)。PAS2050规定,碳足迹计测应从原材料的运输开始计算,手机竹砧板从原材料、生产到分配(B2B)各环节碳排放和碳转移的初级水平数据,精确计测碳足迹的大小。
图4 竹展开砧板碳足迹过程图(引自周鹏飞等,2014)
竹产品全生命周期碳足迹测定框架
对竹产品全生命周期各环节的基础数据进行收集、测定是全生命周期分析的基础。基础数据包括各环节的土地占用、水耗、不同品味能源(煤炭、燃油、电力等)消耗、各种原材料的消耗及由此引起的物质流和能量流数据。通过数据收集、测定,开展竹产品全生命周期碳循环过程碳足迹计测。
(1)竹林培育阶段
碳吸收积累:发笋、生长发育、新竹成竹数;
碳储存:竹林结构、立竹度、年龄结构、各器官生物量;凋落物层生物量;土壤有机碳储量;
碳排放:凋落物碳储量、分解时间与释放量;土壤呼吸碳排放量;栽植、管理、经营活动的人工、动力、水肥等外部能耗、材料消耗所产生的碳排放量。
(2)原料生产阶段
碳转移:采伐量或采笋量及其生物量;
碳归还:枝叶的采伐或采笋剩余物、初加工剩余物及其生物量;
碳排放:竹材或竹笋采集、初加工、运输、仓储及剩余物利用活动的人工、动力等外部能耗、材料消耗所产生的碳排放量。
(3)产品加工利用阶段
碳封存:竹产品、副产品生物量;
碳归还或留存:加工剩余物及其生物量;
碳排放:单元加工、产品加工、副产品利用等加工过程中各工序所产生的人工、动力、耗材等外部能耗、材料消耗所产生的碳排放量。
(4)销售使用阶段
碳封存:竹产品、副产品生物量;
碳排放:有企业到销售市场的运输、人工等外部能耗所产生的碳排放量。
(5)废弃处理阶段
碳释放:废弃产品碳储量;分解时间与释放量。
不同于其他林产业,竹林在科学采伐利用后实现自我更新,而不需要通过再造林更新,竹林生长处于生长动态平衡中,可以持续吸收固定碳、积累储存碳,持续提升碳汇作用。竹产品所利用的竹原料占比不大,通过竹产品使用,可实现长时间的碳封存。
目前尚未见对竹产品全生命周期碳循环测定研究,由于竹产品销售使用、废弃阶段碳 排放时间很长,其碳足迹难以计测。在实践中,碳足迹评估通常聚焦于两个层面:一是从原料到产品的过程中估算生产环节的碳储存与排放;二是从栽植到产品,评估竹产品整个生命周期的碳足迹,但这受限于数据不足和计算方法的不确定性。
尽管竹产品全生命周期碳足迹数据很缺乏,参照木材产品相关数据还不够科学严谨,限制了绝大多数竹种碳储量的可靠评估,但是,竹林不仅能够提供水源涵养、固土保肥、食物和建筑材料、维持生计等生态系统服务,且具有固碳能力,因此,将竹产业更大程度地纳入国家和国际旨在管理全球气候变化影响的政策和机制,有利于推进碳汇交易、促进绿色贸易、控制温室气体排放。
参考文献
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气候共学营项目旨在为各个专业领域关注气候变化的青年提供一个共学、共享的社群空间。在科莱美特社群伙伴引导下,来自不同专业领域的青年通过自主学习、小组讨论、成果分享、共同行动的形式,提升对气候变化知识的理解和应对能力,并形成青年视角的气候变化知识,进一步扩大气候变化的青年声量。科莱美特在过去三年组织了4期气候共学营,有超过300位营员完成了为期3个月的学习,形成40+篇观点文章,累积超过1万阅读量。
工作团队
作者 第五期气候共学营
生态竹林种植及产业发展的气候适应模式小组
陈浩然 谢来真 刘安心 周畅
导师 钧淼 骆依迪
编辑 袁漪琳
排版 谢昀珊