刘含笑，吴黎明，林青阳，等：碳足迹评估技术及其在重点工业行业的应用

自20世纪中叶以来，因CO ₂ 等温室气体持续高排放导致全球气候持续变暖，严重威胁人类社会的生存与发展。在此背景下，碳中和战略是实现社会生态转型的重要推手，低碳经济日益成为世界各国未来经济社会发展的最佳模式。美国、欧盟、日本等发达国家和地区陆续承诺，将在2050年前后实现净零碳排放；中国在2020年9月22日在第75届联合国大会一般性辩论上的讲话宣布，“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，争取在2060年前实现碳中和”。同时，作为协同各国碳减排的重要政策工具，碳边境调节税已成为欧盟等发达国家和地区避免“碳泄漏”、提升自身产业国际竞争力的重要手段。2022年6月22日，欧洲议会通过了关于建立世界上第一个碳边界调整机制，除了委员会提出的钢铁、炼油厂、水泥、有机基础化学品和化肥外，议会还希望该机制也涵盖有机化学品、塑料、氢气和氨等。碳边境调节税实施后，中国将成为其中受影响最大的国家之一，世界银行的研究报告显示，若碳边境调节税全面实施，中国出口产品面临的关税将增加26%，出口量将因此下滑21%。

碳边境调节税的实施对碳足迹评估技术提出了重大的需求，且不同国家的碳足迹评估方法并不完全一致，存在一定的国际互认问题。碳足迹概念源引自环境足迹，首次引用来自2000年出版的《西雅图时报》一篇文章《碳计量：森林与全球变暖战争》，后来陆续用于各类产品评价。Čuček等系统介绍了各类碳足迹评估的计算工具，但不同计算工具的计算结果存在较大差异；Tagliaferri等基于全生命周期方法对电动汽车开展了碳足迹评估，并将其与内燃机汽车进行了比较，虽然在使用阶段碳排放量电动汽车仅为内燃机汽车的一半，但电池组件制造阶段的碳排放量却很大；Panzone等研究发现，通过碳足迹评估及碳税制度，可有效引导居民低碳消费；王雅君等研究分析了全生命周期碳足迹评估方法在纺织、制革及其他轻工领域中的应用情况，并指出，碳足迹评估的广泛开展可有效促进全社会走向低碳绿色，推动我国节能减碳目标的实现；潘竟虎等利用DMSP-OLS夜间灯光数据和碳排放统计数据，系统研究了中国能源碳足迹时空格局演化及脱钩效应，碳足迹呈逐年增长趋势，这给中国低碳、绿色发展目标的实现带来压力和挑战，应提高能源利用效率，加快产业结构调整，优化能源消费结构；刘涛等建立产品碳足迹与组织层级碳核算的关联，并指出应用生命周期评价方法可以系统化、定量化地对钢铁企业进行低碳发展规划。国内外碳足迹研究历史也并不长，且国外经验对我国的借鉴意义有一定局限性。因此，我国实现绿色低碳转型，实现双碳目标对开展有中国特色（体量大、行业领域多、流程长等）的碳足迹评估提出了需求，同时也面临很多挑战。

本文基于浙江省“尖兵”计划“碳足迹碳标签关键技术研发”项目（2022C03030），在系统梳理碳足迹相关国内外文献的基础上，从碳足迹的概念、碳足迹评估方法、碳足迹评估标准、碳足迹评估边界划分及数据获取等方面归纳了碳足迹的研究进展，并研究分析了碳足迹评估技术在电力、钢铁、水泥、石油和化工等重点工业控排行业的应用情况，并基于此，提出目前研究存在的问题及国内碳足迹评估技术发展面临的挑战，展望未来发展方向。

表1　 国内外相关文献报道的碳足迹概念

LCA碳足迹评估方法考察了产品或服务在原材料开采、生产加工、储运、使用、废弃物处理等“从摇篮到坟墓”的碳排放。该方法适合于微观对象的碳足迹评估，如供水设施、社区小镇、工业产品、农副产品等。LCA法计算过程详细、准确，但需要大量高精度的数据支撑，且易受边界限制及生命周期确定等方面的影响，尤其是在划定系统边界过程中产生的截断误差难以完全消除，致使评估结果具有一定不确定性。

IOA碳足迹评估方法是基于投入产出表构建计算模型，从而核算不同区域、不同部门为满足自身最终消费而引起的碳排放。该方法能够定量刻画经济系统内部各部门间的投入产出关系，更适用于中、宏观系统的分析。例如，董会娟等基于投入产出分析法研究了北京市居民消费碳足迹；Hasegawa等构建多区域投入产出表，分析日本区域经济活动的碳足迹；Weber等采用该方法对美国家庭消费碳足迹进行了核算。基于IOA的碳足迹评估方法具有原理明确、中间过程清晰、结构完整性强等优点，一旦模型建立完成，所需的时间和人力就会少得多。然而，该方法假设同一部门不同产品之间完全无差异，因部门归并差异可能严重影响其核算结果，即产生集聚偏差，在核算微观对象的碳足迹时尤其如此。同时，由于投入产出表编制周期较长，实际研究通常基于往年的数据，从而造成分析结果产生系统性误差。

要进行详细、全面的碳足迹分析，可将LCA和IOA相结合构建Hybrid LCA方法，从而同时解决LCA方法的截断误差问题和IOA方法的集聚偏差问题，兼具LCA精确性和IOA的完整性。在这种背景下，无论是工业行业、单个企业，或是大的产品群体，甚至是家庭、政府、个人或特定社会组织的碳足迹均可通过投入产出分析的计算模型得到。然而，基于Hybrid LCA的碳足迹核算方法不仅需要明确产品或服务生产过程中的资源投入，同时需要将生产过程与投入产出表中的部门进行匹配，因此仍面临较高的不确定性。

对比以上几种方法，LCA方法发展相对较为领先，在普适性、系统化、定量化上具有一定的优势，并对产品系统在时间和空间上进行了扩展，更具有现实意义。然而该方法仍具有几个缺点：①截断误差问题，在LCA评估过程中，必须确定适当的系统边界，从而将截断误差最小化；②LCA在描述复杂对象时，因对象存在各种变动，难以观测和统计，导致数据质量难以控制，这就要求对数据来源的质量进行把控，同时有针对性地开发数据清洗算法；③缺乏对时空属性的判别，空间上可以通过本土化数据库体现区域化差异，时间上则需保障数据的时效性，如建立动态数据清单等；④LCA方法中仍存在主观判别的步骤，削弱了评价的客观性，这就对在现有标准上成体系地发展更为具体的评估标准提出了要求。

因此，快速、大规模、成体系地对复杂工业生产中的特征过程、产品进行评价，是碳足迹评估进一步发展的必经之路。

1998年世界气象组织和联合国环境规划署共同建立了联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC），《IPCC国家温室气体清单指南》最早于1995年发布，为各国编制国家清单提供了方法学依据，属于简化版的“自上而下”方法，仅使用国家能源供应数据来计算主要化石燃料燃烧产生的CO ₂ 排放量，后经多次修订，最新版本为2019版。

目前，国际上现行的产品碳足迹评估标准都是基于LCA方法，主要有3个：《产品与服务生命周期温室气体排放的评价规范》（PAS 2050—2011）、《产品生命周期核算与报告标准》（GHG Protocol—2011）和《产品碳足迹量化与交流的要求与指导技术规范》（ISO14067—2013）。3个国际标准的发展历程如图2所示。国际标准化组织（ISO）于2006年发布了ISO14040和ISO14044，为LCA方法提供了基本框架结构和概念。基于ISO14040和ISO14044，英国标准协会（BSI）于2008年联合发布了PAS2050和PAS2050 guide，是世界上首部针对产品碳足迹评估的标准，2011年进行修订，修订后的标准针对性更强，适用范围更广。GHG Protocol最初是由世界可持续发展商业理事会（WBCSD）和世界资源研究所（WRI）于1999年发布，先后经历了2001、2004版本，基于ISO有关LCA的标准和PAS2050初版，于2011年修订发布最新版，与PAS2050相比，GHG Protocol的操作步骤更详细和清晰。基于上述标准经验，ISO14067于2013年发布，2016年5月进行复核，是现行最新的碳足迹评估国际标准，该标准的发布实施进一步扩大了产品碳足迹评估的全球影响力。基于ISO14067等国际标准，延伸出了很多具体产品门类的碳足迹评估方法，如国际EPD体系现行有效的产品类别评估规范（PCR）已有150多项。中国的GB 24040和GB/T 24044分别为ISO14040和ISO14044的翻译版，于2008年发布；针对ISO14067的翻译转化版国家标准尚在制定中，《钢铁产品制造生命周期评价技术规范（产品种类规则）》（GB/T 30052）为国内首部产品碳足迹评估的国家标准，后来陆续又针对电子产品、农副产品等发布实施了系列团体标准。

表2　 3个典型的产品碳足迹评估标准对比

尽管产品碳足迹评估标准的全面性和专业性越来越强，但仍存在一些问题：①LCA方法计算产品碳足迹时存在大量的假设和折中方案，有一定的任意性，且较难统一，这易导致相同产品的碳足迹评估结果出现差异；②部分碳足迹评估存在失效问题，如再生纸的碳足迹通常高于原始纸，容易造成错误的引导；③针对具体产品进行碳足迹评估时，部分会影响碳足迹最终评估结果的内容是否应纳入系统边界存在不确定性，如土壤固碳作用等。

上述问题表明，当前的碳足迹评估标准还需要进一步完善和改进，尤其需要针对具体的产品门类开展更细化、精准、明确的产品类别评估规范（PCR）。

表3　 工业产品碳足迹评估所需数据范围

范围3数据的获取更多是依赖数据库，国外在LCA数据库建立上起步较早，相关数据库主要有瑞士Ecoinvent、欧洲生命周期文献数据库ELCD、德国GaBi扩展数据库、美国NREL-USLCI数据库、韩国LCI数据库、日本LCA公共数据库等。亚洲范围内，日本、韩国、泰国等国在LCA数据库建立上较为领先。此外，相关单位开发了GaBi、Simapro环境影响评估软件，用于LCA评估。在国内开展碳足迹研究和应用需要基于中国本土的基础数据库，由四川大学王洪涛教授创建的中国生命周期基础数据库（Chinese reference life cycle database，CLCD）是国内首个公开发布的中国本地生命周期基础数据库，相关评价软件为eFootprint。国内还有多家科研单位、企业开发了LCA数据库，包括中科院生态环境研究中心开发的中国LCA数据库、清华大学开发的建材类生命周期清单网络数据库BELES、北京工业大学开发的材料产业LCA数据库SinoCentor、同济大学开发的中国汽车替代燃料生命周期数据库、宝钢开发的企业产品LCA数据库以及上海易碳数科发布的钢铁行业数据库等。相较于国外数据库，国内数据库仍需要基于国内实际生产生活情况进一步完善发展。如Ecoinvent 3.4包含欧洲及世界多国的13300多个单元过程数据集以及相应产品的汇总过程数据集，GaBi 4专业及扩展数据库共有4000多个可用数据。而国内CLCD数据库包含600多个大宗的能源、原材料、运输的清单数据，数据相对较少。

丰富本土化碳足迹基础数据是现阶段国内碳足迹研究的一大重点。同时，对收集的碳足迹数据的有效性进行判别、评价也具有重要意义，通过数据清洗、数据核验、监测数据比对等方式，对碳足迹数据进行分析，能够提升数据质量，是保障碳足迹研究准确性的基础。碳足迹评价数据分为现场数据和背景数据，以钢铁产品为例，数据质量评价体系的数据评价指标有3个：来源、类型和时间，如表4所示。针对所有现场数据、背景数据，应对数据来源、数据时间、数据类型等进行详细说明，用于数据质量评价，数据质量评价采用5分制定量评价（3项累计最高15分）。对多个单元过程组成的工序（组合）的碳足迹数据质量，通过计算其包括的所有单元过程碳足迹数据的加权平均得分来获得。对于质量较差的数据应进行敏感性分析或不确定性分析，检查说明产品生命周期忽略的过程、忽略的现场数据以及主要的假设等相关因素可能对最终结果造成的影响，说明背景数据选择、现场数据收集与处理是否符合标准要求。一般对单元过程碳足迹在产品生命周期碳足迹中占比超过10%的数据称为敏感性高的数据，其数据质量应进行约束，评分最好在3分以上。另外，对于实在无法获取的数据，且该数据对整体贡献度较小时，可忽略不计，一般建议普通物料＜1%，稀有物料＜0.1%。

表4　 数据质量评价表

表5　 温室气体全球变暖潜势

电力是使用最广泛的二次能源，一方面，在各种工业产品碳足迹评估中，电力消耗往往占有显著的份额；另一方面，电力作为国内首个纳入全国碳交易的行业，自身的组织碳、产品碳足迹评估也有重大需求。因此，基于LCA方法开展电力碳足迹评估研究具有非常重要的现实意义。

在国内研究方面，侯萍等利用国内开发的生命周期评价软件eBalance，计算得到全国电网组织碳、产品碳足迹排放因子的平均值分别为供电量1kWh CO ₂ -eq为0.93kg、1.03kg，其中组织碳足迹只需包含发电过程，而产品碳足迹的计算还需追溯电力上游燃料和原料的生产及运输过程。方恺等结合地表覆被的碳吸收能力，分类计算了不同电厂的全球平均电力碳足迹当量[单位电力消费量所产生的生命周期碳足迹，单位为10 ^-6 hm ² ·kWh ^-1 ]，仅计算CO ₂ 形式的碳排放，系统边界包括电站建设、燃料/原料开采、发电过程、输配电和废弃物处置等电力生产的全生命周期过程，计算结果为燃煤电厂（131.3×10 ^-6 hm ² ·kWh ^-1 ）＞燃油电厂（95.8×10 ^-6 hm ² ·kWh ^-1 ）＞燃气电厂（56.6×10 ^-6 hm ² ·kWh ^-1 ）＞水电（38.8×10 ^-6 hm ² ·kWh ^-1 ）＞核电（1.9×10 ^-6 hm ² ·kWh ^-1 ）。刘韵等基于LCA方法，计算得到山西某燃煤电厂半年度的碳足迹为236.23万吨的CO ₂ 排放，其中，96%以上是锅炉燃煤排放，燃煤开采和加工、尾气脱硫置换、煤和废弃物运输占比分别为3%、0.68%和0.12%，经测算，折合单位供电量和发电量的碳足迹分别为供电量1kWh 产生CO ₂ -eq 0.80kg、0.73kg。娄兰兰采用IOA法计算了中国热电行业的碳足迹变化，仅计算了范围1和范围2，其中，范围1占绝对主导地位，在热电行业碳足迹中占比达90%。Liao等计算分析了中国燃煤电厂的碳足迹，但未使用LCA方法，2009年度中国燃煤电厂的碳足迹为1kWh供电量CO ₂ -eq为0.892kg。Wang等采用LCA方法，系统计算分析了中国燃煤电厂的全生命周期碳排放、碳足迹及发展规律，计算边界包括煤炭开采、煤矿采后活动、洗煤、运输、燃煤发电、资源循环利用等全生命周期过程，全生命周期碳排放呈现先增加后减少的趋势，2014年达到最大值CO ₂ -eq为3783Mt，间接碳排放量占比保持在10.7%~12%，其中2016年煤炭开采碳排放量为CO ₂ -eq为223Mt，占生命周期总排放量的6%以上，其他阶段，如煤炭洗选、运输和无组织排放只占总排放量的不到3%；全生命周期碳足迹从2010年1kWh供电量CO ₂ -eq为0.971kg下降至2016年的0.900kg，其中燃煤发电贡献近90%，具体如图4所示。Sun等基于Matrix-based模型，计算了得到2002年、2006年中国热电厂碳足迹分别为1kWh供电量CO ₂ -eq为1.09kg、1.19kg。

在国际研究方面，根据国际能源署（IEA）发布的数据显示，燃煤电厂燃用无烟煤、烟煤和褐煤发电时的碳足迹，即1 kWh供电量CO ₂ -eq分别为0.86kg、0.87kg、1.02kg。Carbon Footprint Ltd.发布的碳足迹计算软件中，电力碳足迹1kWh供电量CO ₂ -eq一般约为0.5kg。Mittal等、Odeh等、Messagie等和Santoyo-Castelazo等分别研究了印度（0.926kg）、英国（0.9897kg）、比利时（0.925kg）和墨西哥（1.045kg）燃煤电厂碳足迹，提高发电效率对降低电力碳足迹具有重要作用。Dalir等基于LCA方法，研究了燃气机组在采用联合循环技术时的碳足迹水平，碳足迹1kWh供电量CO ₂ -eq为0.321~0.522kg。Andric等研究了生物质掺烧对燃煤电厂碳足迹的影响，当生物质掺烧量达到20%时，CO ₂ 排放可减少11%~25%。

电力碳足迹背景值几乎在所有的工业产品碳足迹评估中均有使用，该数据的代表性、准确性和全面性至关重要，但值得注意的是，在电力全生命周期过程各个阶段的企业对象中，同一种类别的碳排放往往会以不同类别的范围属性出现，如图5所示。从文献分析来看，国内外电力碳足迹评估方法基本一致，后续关键在于本土化数据库和评估标准体系的构建。另外，基于精准全面的碳足迹评估“摸清家底”后，如何科学有序降低碳排放是后续研究的重点，中国电力行业碳减排主要措施如下。①燃煤电厂生物质掺烧。国内很多地方政府已出台政策，鼓励现役燃煤发电机组采用生物质等零碳燃料与煤混烧。②新能源发电。与燃煤发电相比，新能源发电的碳足迹低，如核电、水电的碳足迹仅1kWh供电量CO ₂ -eq约为0.00413kg、0.0143kg。但值得注意的是，目前工业企业产品碳足迹评估时，除了可以准确测算光伏等自发自用的绿电外，从电网使用的电力尚不能追踪溯源准确区分其电力类别。③设备能效提升。包括全生命周期环节各设备能效提升，重点在于燃煤发电环节主机、辅机等设备及高压输电环节。④CO ₂ 捕集技术。CO ₂ 捕集成本高和大规模、低成本、高附加值的CO ₂ 资源化利用技术确实限制了该技术的大规模推广应用。

钢铁产品在各行业领域的应用都十分广泛，科学精准的碳足迹评估有助于推动钢铁生产和贸易行业的绿色低碳发展。中国以“高炉炼铁-转炉炼钢”的长流程工序为主，为有效应对国际贸易壁垒、推动钢铁行业绿色发展，中国钢铁工业协会钢铁行业EPD（环境产品声明）平台于2022年5月19日首发上线，将协助成员单位规范、有序地披露产品碳足迹等环境信息。

在国内研究方面，高成康等利用IOA法，计算分析了中国5个典型长流程钢铁企业的产品碳足迹，吨钢碳足迹范围在3.93~4.59t，从整个长流程工序来看，炼铁工序占比最高，以企业A为例，烧结、焦化、炼铁、炼钢、轧制各个工序的单位产品碳足迹，即1t钢CO ₂ -eq分别为0.474t、0.513t、3.98t、0.262t、0.264t，炼铁工序占比超过70%。“高炉炼铁-转炉炼钢”的长流程工序碳排放量明显高于“电炉炼钢”的短流程工序，研究表明，高炉、电炉的1t钢CO ₂ -eq分别为2.15t、0.15t。梁聪智计算了中国2000—2009年钢铁行业的吨钢碳排放，逐渐呈减低趋势，由2000年的1t钢CO ₂ -eq为2.61t降至2009年的1.60t。张玥等计算了南京某长流程钢铁企业2005—2011年的碳足迹，从2005年的1t钢CO ₂ -eq为2.58t降至2011年的2.25t，与日本当时的炼钢技术（1.64t）还有一定差异。刘宏强等分别采用《省级温室气体清单编制指南》、《钢铁碳排放指南》（考虑产品固碳）和LCA方法，计算某长流程钢铁企业碳足迹，即1t钢CO ₂ -eq为2.116t、2.013t和2.309t，LCA的计算边界为从铁矿石开采选矿、煤炭洗选、原料运输、焦化、烧结、球团、高炉、转炉、轧制等直到钢铁产品的出厂，为“从摇篮到大门”，计算得到各工序的碳足迹占比分别为4.05%、3.18%、0.49%、17.08%、22.24%、1.46%、35.62%、5.31%、10.56%。Meng等提出了一种基于相关离散度的钢铁能源供应链碳足迹定义方法，计算得到中国钢铁1t钢CO ₂ -eq为1.93t。Lyu等基于LCA方法研究发现，球团工艺碳足迹1t铁球团CO ₂ -eq为0.0585t，其中51.4%来自原材料的提取、加工和运输、燃料和电力，与烧结相比，球团工艺更环保、能耗更低、更低碳排放。

在国外及国际研究方面，世界钢铁协会（World Steel Association，WSA）从1996年起即开始开展钢铁产品的生命周期清单研究，2012年公布的碳足迹1t钢CO ₂ -eq为1.8t，2020年发布了不同型号钢材的碳足迹，不同型号钢材产品的碳足迹差异较大，型材、钢筋、热轧卷、彩涂碳足迹1t钢CO ₂ -eq分别为1.578t、1.966t、2.343t、2.894t。2007年国际能源署（IEA）发布的“高炉+转炉”长流程、“电炉”短流程炼钢的碳足迹，1t钢CO ₂ -eq分别为1.3~1.6t、0.3~0.5t；2020年IEA发布的数据，1t钢CO ₂ -eq分别为2.2t、0.3t。Conejo等提到先进的钢铁企业碳足迹水平1t钢CO ₂ -eq为1.8t，“高炉+转炉”的长流程工序为1.80~2.00t，高炉、直接还原铁-电炉、废钢-电炉分别在0.8~1.3t、1.1~1.8t和0.35~0.5t，仅通过提高能源利用效率，减排幅度很难超过10%~15%。Suer等基于LCA方法，按照“从摇篮到大门”的边界划分，计算分析了热轧卷材的碳足迹1t钢CO ₂ -eq为2.1t，高炉天然气替代和富氢冶炼可分别实现减排4%和9%。Lisienko等研究发现“高炉+电炉”串联比“高炉+转炉”串联CO ₂ 排放低，以俄罗斯某长流程钢铁企业为例，同时使用转炉和电炉炼铁（从同一个高炉获得铁水）有助于减少20%的CO ₂ 排放，转炉在冶炼剩余75%、80%、85%铸铁情况下的碳足迹1t钢CO ₂ -eq分别为2.048t、2.166t、2.286t。Jha等研究发现，钢铁烧结工序中采用生物质替代焦炭可有效降低产品碳足迹，掺烧比例达到30%时，碳足迹可降低6%。Devasahayam等研究发现，高炉中掺烧2%的塑料可减少2%的碳排放。Ghanbari等研究发现，将常规炼钢与多联产系统相结合可以减少20%以上的CO ₂ 排放，可达1t钢CO ₂ -eq为0.97t。Schmöle等研究发现燃料替代可有效减少高炉CO ₂ 排放，基础工况、天然气代替、富氢冶炼和热成型工艺使用时候高炉吨钢碳排放分别为1.527t、1.421t、1.235t、1.150t。

国内外学者、政府、行业协会、钢铁企业等各个层面已对钢铁产品碳足迹评估技术的方法、标准、应用方面开展了较广泛的工作，总的来说，国际方面的相关工作起步早，发展相对较为成熟，已形成较成熟的标准、认证体系、数据库。而国内方面的工作起步较晚，发展相对滞后，在2020年以前仅有宝武集团、包钢、鞍钢、马钢、河钢等少数企业开展相关的研究和应用，其中，宝武集团最为领先，2003年起就开展了LCA的研究工作，对钢铁产品生命周期评价模型进行了开发和完善，陆续完成了热轧板、冷轧板、镀锌板、硅钢、不锈钢等多类产品的生命周期评价，并将其结果用于支持绿色产品设计与认证、绿色制造、绿色供应链管理等工作，2020年以来，越来越多的钢铁企业开始开展产品碳足迹评估和披露、企业“双碳”目标制定、企业碳达峰路径规划等方面的工作。国内钢 铁行业碳足迹评估需要重点关注和解决的问题有：①当前我国缺乏中国钢铁产品及其上游原材料的碳排放因子基础数据库，这制约了我国钢铁产品碳足迹评价工作的开展，且由于缺乏本土数据库，加大了中国钢铁产品出口欧美等发达国家时的绿色贸易壁垒；②缺乏成熟的钢铁行业产业链协同合作开展碳足迹评估的平台，使得当前各钢铁企业的产品LCA及碳足迹评价工作往往是单打独斗，很难形成合力，不利于我国钢铁行业“双碳”目标的实现；③我国钢铁产品碳足迹评估相关标准体系不够完善，标准只是集中在钢铁大类评估方法框架等方面，缺乏如钢铁产品碳标签、碳管理等其他环节的标准以及更细致的钢铁产品类别的碳足迹评价与披露的标准；④当前我国严重缺乏同时掌握钢铁产品工艺又熟悉产品碳足迹评价、碳管理等方面的专业人才，这将影响钢铁行业产品碳足迹评价工作的开展速度和质量。因而，未来我国钢铁行业的产品碳足迹评价技术的应用发展将更加侧重于标准体系完善、本土数据库搭建、行业合作平台的开发和推广、人才培养等方面发展。

在钢铁行业减碳方面，世界钢铁协会提出了钢铁工业六大减碳途径，如图6所示，从时间尺度上，应根据企业的实际情况按近、中、长期来实施，且在实施之前，采用碳足迹评估的方法准确摸清“碳家底”，是后续科学降碳的关键，尤其是针对中国占比最高的“高炉+转炉”长流程工艺。

水泥行业是能源、资源消耗密集型工业，从燃料/原料开采、运输、水泥生产直至再生循环的整个生命周期，中国是世界上水泥生产第一大国，开展水泥碳足迹评估，并科学引导水泥工业降碳，是实现我国双碳目标的重点之一。

在国内研究方面，李晓鹏等参照PAS 2050标准，计算得到某典型水泥企业水泥的碳足迹1t水泥CO ₂ -eq为0.614t。姜睿等针对熟料质量分数为70%的水泥，测算了大型新型干法（＞4kt-熟料/d）、中型新型干法（2~4kt-熟料/d）、小型新型干法（<2kt-熟料/d）和立窑（<2kt-熟料/d）1t水泥CO ₂ -eq分别为0.573t、0.588t、0.609t、0.619t，基于LCA方法算得全国水泥碳足迹为0.698t。白文琦等基于LCA方法，分别对硅酸盐水泥（P.I及P.II型）、普通硅酸盐水泥（P.O型）、矿渣硅酸盐水泥（P.S.A及P.S.B型）、火山灰质硅酸盐水泥（P.P型）、复合硅酸盐水泥（P.C型）和粉煤灰硅酸盐水泥（P.F型）8种水泥进行碳足迹评估，结果1t水泥CO ₂ -eq分别为0.933t、0.890t、0.779~0.890t、0.507~0.762t、0.336~0.507t、0.592~0.762t、0.507~0.762t、0.592~0.762t。秦于茜基于LCA方法，也对上述8个典型水泥品种进行了碳足迹评估，指标略有提升，推测是因为环保要求提高所致。杨李宁等基于LCA方法，计算重庆水泥出厂前碳足迹1t水泥CO ₂ -eq为0.668t，其中CaCO ₃ 分解占比最高，为57.29%，燃料燃烧占比为38.33%。Shen等采用LCA方法研究发现，镁水泥碳足迹比硅酸盐水泥更大，前者比后者高出0.079~0.395t。Zhang等采用LCA方法研究发现，硅酸盐水泥和熟料的碳足迹1t水泥CO ₂ -eq分别为1.056t、1.008t，其各自生产阶段的碳足迹分别为0.950t、0.917t。

在国外及国际研究方面，世界可持续发展商务委员会2009年公布的水泥熟料碳足迹1t水泥CO ₂ -eq为0.866t，Ernst等采用LCA方法，计算得到硅酸盐类水泥和硅酸盐水泥熟料碳足迹1t水泥CO ₂ -eq分别为1～1.2t和0.87t。Barcelo等研究发现水泥碳足迹大部分来自石灰石煅烧，设计需要更少石灰石的新熟料是降低水泥碳足迹的重要手段之一，设计的新型熟料（不同配方、不同比例碳足迹在0.570~1.271t）与传统硅酸盐熟料（0.816）相比，碳足迹可减少20%~30%。

水泥是各类基础建设的重要原材料，近年来已有许多文献对水泥全生命周期碳足迹开展了研究，评估方法基本一致，但现有大部分文献中均未涉及水泥作为混凝土的胶凝材料使用后碳化过程中固碳量测算。水泥碳足迹主要是石灰石煅烧和燃料燃烧，水泥行业碳减排措施主要如下：①提高能源效率，不同工艺的水泥窑热耗及能源效率如表6所示；②余热发电减碳，水泥熟料锻烧过程中排掉的300℃以下低温废气余热可用于余热发电，其热量占水泥熟料烧成总耗热量的33％左右；③燃料或原料替代，燃料替代包括煤气、生物质、工业有机固废等替代煤，原料替代包括电石渣等工业固废替代石灰石；④熟料替代，如文献所述，不同配方、不同比例新型熟料使用后，水泥碳足迹可显著减低。⑤CCUS等其他减排措施。

表6　 不同水泥窑工艺的热耗

石油和化工行业作为保障国民经济基础原材料、交通运输工具等燃料的关键产业，如欧盟95%以上的工业产品原材料依赖于石油和化工行业生产，因此，获得石油和化工行业的产品碳足迹评估数据是其他行业碳足迹评价的基础。

在国内研究方面，马玉莲等对氯碱工业中的聚氯乙烯（PVC）产品进行了碳足迹评估计算，计算结果1t产品CO ₂ -eq约为1.765t。沈毅基于全生命周期3E方法对煤制油工艺进行了全面分析，得出直接和间接工艺过程的碳足迹分别为852.34g/MJ和996.03g/MJ。于涵等基于LCA对CO ₂ -DMC（碳酸二甲酯）产业链碳足迹进行了评估计算，考察了各工艺在不同能源供应情景下产业链的碳足迹情况，结果表明单位产品碳足迹CO ₂ -eq为0.70~1.67t。孙潇磊等参照PAS 2050标准，以某企业生产的沥青产品为研究对象，得到“从摇篮到坟墓”的全生命周期碳足迹CO ₂ -eq为2.958t。雷昕儒对甲醇的两条以煤为原料的气化路线进行了碳足迹分析，得出煤直接气化和煤化学链气化的碳足迹1t产品CO ₂ -eq分别为0.56t、0.274t。罗仁英对煤气化+液氢、煤气化+气氢、煤热解+液氢、煤热解+气氢4种煤气化制氢氢气方案进行全生命周期碳足迹评估，计算结果1t产品CO ₂ -eq分别为27.05t、23.84t、12.54t和9.33t。张楚珂等对聚丙烯的三条制化方法进行了LCA计算，催化裂化、炼化一体化、MTO工艺生产的聚丙烯碳足迹1t产品CO ₂ -eq分别为0.206t、0.968t、5.979t。田涛等对己内酰胺全生命周期碳足迹评估结果1t产品CO ₂ -eq为12.55t。卜庆佳等对乙二醇的煤制（CTEG）路线和天然气制（NGTEG）路线进行了碳足迹评估，结果1t产品CO ₂ -eq分别为9.039t和5.745t。赵志仝对多种化工产品的多种路线进行了碳排放计算，在烯烃生产上，石油和天然气凝析液路线的产品全生命周期碳足迹1t产品CO ₂ -eq为1.7~2.4t，以煤和CO ₂ 为原料的路线的产品全生命周期碳足迹1t产品CO ₂ -eq为8.0~9.0t。李泉鑫等对煤制聚丙烯的HDDM-TO和GLLMTP工艺分别进行了计算，得出碳足迹1t产品CO ₂ -eq分别为7.95t、7.40t。孟春江以某煤制甲醇厂进行了IPCC方法计算分析，边界是整个煤制甲醇厂，得出二氧化碳排放主要在生产过程，占99%。

在国外及国际研究方面，Wang等参照ISO 14040对等离子体辅助甲烷转化合成气进行了全生命周期的GWP计算，在使用不同国家考虑国家正常电力结构的情况下，碳足迹在0.018～0.24kg/mol合成气，最低的是法国，最高的是中国。Burmistrz等依照ISO 14072、ISO14040、ISO14044对使用褐煤和次烟煤在分别应用GE Energy/Texaco（GET）和Shell（SH）两种制氢工艺下的氢气产品碳足迹进行评估，特殊之处在于研究团队除了将煤炭开采、煤炭机械处理、运输、气化转化列为生命周期阶段外，还纳入了CO ₂ 的捕集和封存阶段。计算结果显示得到SH工艺以次烟煤和褐煤为原料时碳足迹1t产品CO2-eq分别为19.4t、25.3t，GE工艺使用次烟煤当原料时为21.7t。同时，研究结果表明在使用二氧化碳捕集与封存后，生产1t氢气的二氧化碳排放值可降低72%~79%。Garcia Herrero等参照ISO14040、ISO14044对西班牙的氯碱联合产品（NaOH和Cl ₂ 、H ₂ 成一定比例的产品）的新技术氧去极化阴极法与传统的膜技术进行了对比，得出膜技术的碳足迹1t产品CO ₂ -eq为2.28~3.14t，新技术的碳足迹为2.27t。Khoo等对CO ₂ 电化学还原乙烯进行了碳足迹评估，得出大规模的还原乙烯碳足迹为0.65~3t。Kumar等对印度的合成气制尿素产业进行了LCA碳足迹评估，得出每公吨尿素的碳足迹为0.714t。Guilera等对沼气催化甲烷法制合成天然气做了LCA评估，得出碳足迹为0.414t。Kang等对CO ₂ 电化学制甲酸进行了LCA评估，得出碳足迹为1.502t。Gallego-Villada等考察了使用改进系统时催化剂合成诺卜醇（nopol）的碳足迹，为13t。

总体看来，在研究石油和化工产业的碳足迹文献中，几乎都采用了生命周期法。国外的研究文献多以国际标准作为依据，以商业数据库和企业获取等方式作为数据来源。国内数据来源往往会取大型工业示范企业的公开值或行业区域均值，无法保证计算结果的精确度和普遍适用性。在评估模型中若对某项数据采用缺省值时，一般使用IPCC指南等国际标准，一般很难贴合国内实际情况，无法实现结果的本土化。由于石油和化工产品的下游加工和应用路径众多，因此通常对其产品碳足迹评估都是“摇篮到大门”。并且由于石油和化工行业步骤繁多，导致排放点源数量多，种类杂，在进行清单分析时功能单位的取舍很难保证数据的全面性和可靠性，将影响结果的可信度。另外，多篇国内外文献表明，电力是化工合成的主要排放因素，研究使用不同的发电配比对应的碳足迹以获得最小的碳排放是现在及未来重要的发展方向。国内的主要研究方向为建立并发展适合我国石油和化工行业的数据库，并且对化工合成产品的生命周期边界进行扩展，如在煤制氢行业中，将氢气产品下游应用的碳足迹纳入研究框架，如对燃料电池汽车氢能路径进行生命周期碳足迹分析，从而实现真正意义上的生命周期评价。在现有的研究中，较多的是单路径化工流程内各环节的纵向比较和原料相同的化工合成不同路径的横向比较，对不同原料，如煤化工行业对不同煤种之间的横向比较的研究较少。对于碳足迹评估的结果解释缺少不确定性分析，除此之外，在碳足迹评估时应能兼顾经济性方面，对社会和环境效益进行全面可持续性的评估。

化工行业主要碳减排措施有：①碳源头减排。通过“电气化”实现石油和化工企业的低碳化，大力发展可再生能源在化工企业的应用。同时通过化工产业的有机耦合，如需要消耗氢气的煤化工产业与能够副产氢气的石油化工和天然气化工产业结合，实现氢碳互补。②过程减排。在生产过程中采用各种节能减耗的措施提高生产效率，在反应中科学合理地使用催化剂进行工业生产，并尽可能地利用余热余能。③碳捕集回收。对产生的二氧化碳废气进行回收利用，如碳捕集封存（CCS）、超临界CO ₂ 发电、CO ₂ 制干冰等。石油和化工项目由于靠近原料地，具有地理封存优势，尤其是煤化工和石油化工产业，可以充分利用CO ₂ 驱油封存、煤层封存等。④公共工程碳减排。尽量取消企业的自建锅炉，降低燃料燃烧所造成的碳排放，采用电驱或电汽同驱的方式，利用副产减少能量的浪费。通过投建企业配套的风/光/储电厂达到能量就近利用，减少输送损失。

面对当前复杂的国际关系及日益激烈的国际低碳经济竞争，建立完善的碳足迹评估体系是我国碳中和背景下绿色、低碳发展的必然选择。虽然学术上对碳足迹的定义尚未完全统一，但更多倾向于从全生命周期来进行阐述，并根据具体的研究对象及数据获取难易程度，来确定参照标准、边界划分及数据获取方式。我国在包括产品级在内的微观层面碳足迹研究方面起步较晚，基于全生命周期评估方法的碳足迹评估方法尚处于初级阶段。构建各行业领域精确化、标准化的碳足迹评估技术体系，并准确摸清“碳家底”是实现各行业领域科学、精准降碳的关键，从全生命周期的角度核算全流程中燃料燃烧、生产过程中的物料收支及产出、净购入电力热力等造成的直接、间接碳排放，是碳足迹评估体系得以推行的技术保障。

综上所述，在中国全面推进碳足迹评估技术尚面临以下问题和挑战。

（1）多领域全生命周期全流程的本土化碳排放数据库尚待完善，现有研究多依赖国外的数据库及计算软件，中国的重点行业领域碳排放量更大，工艺流程更复杂（尤以钢铁行业最为突出），碳排放节点多、来源广（用电/热、燃料、物料等），现有的本土化数据库多依赖于文献值或统计值，数据精细度不够，难以支撑全生命周期、全工艺过程的碳足迹评估计算。如何实现多行业领域复杂多排放节点系统的数据采集及数据库构建，面临较大挑战。

（2）高精度、标准化、国际互认的碳足迹评估方法体系尚待构建。现有碳足迹评估方法主要有LCA方法（自下而上）、IOA方法（自上而下）和混合法等，即便是同样采用LCA方法，当边界划分方式、数据获取方式等不同时，也不会造成较大的结果差异。不同区域、不同场景及方法体系下的测算结果差异极大影响了产品的横向对标及未来碳足迹指标的国际互认，如国内测算的部分本土碳排放数据较国外低了10%~15%。因此，如何建立针对不同行业、不同场景的标准化的评估方法，并争取国际互认，面临较大挑战。

（3）碳足迹和碳减排量化评估相结合的研究还不够深入，碳足迹支撑低碳化方案实施的标志化示范项目较少。当前针对重点工业控排行业的碳核算仅注重总量的核算，难以支撑碳减排技术路线的精准制定。基于LCA方法，构建针对不同行业、领域、流程的碳减排量化分析评估技术体系，统筹考虑各行业减排潜力、经济性等指标，构建区域级碳排放综合管理示范，可“以点带面”推动碳足迹评估技术推广应用和发展，更有效助力“双碳”目标实现。

在碳足迹领域对于碳排放量核算方法的进一步探索，也可推动核算科学、标准统一的碳足迹评估体系的建立。当前碳排放权交易体系核算标准尚不完善，碳排放核算尚未考虑整体产业供应链的碳足迹分析和评估，如部分物料使用及副产物的处理所造成的碳排放尚未纳入全生命周期碳排放核算体系中。此外，当前的碳排放核算还需解决核算工作机制不完善、方法体系相对落后、能源消费及部分化石能源碳排放因子统计基础偏差大、碳排放核算结果缺乏年度连续性等问题。因而需要针对重点行业，系统化发展碳足迹评估方法并形成标准，有效解决上述问题，并逐步扩充碳排放权交易体系的涵盖范围，将甲烷、氧化亚氮等温室气体逐步纳入碳排放权交易体系。

另外，产品碳足迹的研究还需要跟产品碳标签结合起来。从本质上说，产品的碳标签是其碳足迹的展现形式，碳足迹是碳标签的理论和数据基础，两个概念具有互相依存的关系。碳标签研究缺乏统一标准，而LCA作为微观层面最主要的碳足迹核算方法，却尚未有研究将其与碳标签评估连接起来。厘清碳足迹、碳标签的关系，形成碳标签的标准化体系和评估方法，最终建立覆盖面广、使用方便快速、计算结果准确的平台化产品，有利于碳足迹、碳标签真正发挥对节能减排降碳的促进作用。而基于碳足迹、碳标签评估，发展绿色低碳技术认证、绿色产品认证（EPD），可助推国内各行业低碳发展，且对出口技术、产品时突破碳名义下的关税壁垒具有现实意义。