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文档简介

1、基于LCA 的玻璃纤维产品碳排放评价模型作者: 韩乐 时间:2012-1-4摘要:玻璃纤维产品属于高能耗产品,在溶制的过程中有大量的温室气体排放。本文在对玻璃纤维产品生命周期研究的基础上,根据其碳排放特征,对产品生命周期中碳排放量进行定量的分析,提出了产品碳排放指标体系,并在此基础上建立产品碳排放评估模型。该模型分别从原材料的生产和产品的生产两个方面研究玻璃纤维产品碳排放的计算方法,为产品的低碳认证提供有力的数据及技术支撑。 关键词:生命周期评估;玻璃纤维;低碳;评价模型0 引言自 1997 年12 月在京都协议书在日本京都由联合国气候变化框架公约参加国三次会议制定以来,温室气体的排放引起了越

2、来越多的国家的重视。根据政府间气候变化专门委员会(IPCC,2007 年发布的第四次评估报告,人类活动是家居温室气体效应的主要驱动因子过去100 年(1906-2005 年 中,地表平均温度已经升高了0.74 摄氏度,根据国际科学界的测试,温度升高的原因90%以上可能来自温室气体排放1。在京都协议书规定的几种温室气体中,以二氧化碳引起的温室现象最为严重。2010年,中国工程院院长徐匡迪在对我国碳排放数据分析时指出:2007 年中国二氧化碳的排放量为59.6 亿吨,超过了美国的58.2 亿吨,居世界第一2。在过去8 年的时间里,全球碳排放量增长了三分之一,其中的三分之二来自中国。因此,降低二氧化

3、碳的排放量在我国已经十分重要3。据了解,国内对低碳的研究已经涉及到电力4、城市建筑5-6、化工7、纺织8等行业的各种企事业单位等。但在玻璃纤维行业还未有相关的研究。中国的玻璃纤维产量在全球占有很大的比重,截止到2010 年,中国玻纤的产量占世界总产量的一半以上,全球五大玻纤企业中国占了两个(浙江巨石和山东泰山),国内三个主要玻纤生产厂家(浙江巨石、山东泰山和重庆国际)的产量占国家玻纤总产量的70%以上。因此,对玻璃纤维产品进行碳排放评价具有十分重要的意义。1 玻璃纤维产品生命周期分析产品生命周期(Product Life Cycle最早是由 D ean 9和 Levirt 10提出,基于市场战

4、略研究 的目的按照产品在市场中的演化过程分为推广、成熟和衰亡阶段1112。经过几十年的发展, 现在的产品生命周期在环境管理方面主要是指由原料的采集和处理、加工、运输、使用(复 用)、维修、再循环以及最终处理等环节组成的生命链,具有一种产品从形成到消亡过程中 的不同阶段与环境发生的关联关系1314。玻璃纤维(glass fiber)产品是一种性能优异的无机非金属材料,它的生命周期主要是 指原材料的采集和处理、产品制造、运输和使用。其中,原材料的采集和处理主要包括各类 矿石的采集、产品制造主要是指矿石的粉碎、高温溶制、拉丝、进一步加工成成品、运输和 使用。由于玻璃纤维产品使用中不会产生温室气体,所

5、以本文在建模的时候这点不考虑在内。2 玻璃纤维产品碳排放的量化分析要对玻璃纤维产品的碳排放进行分析,首先要对产品的整个工艺流程进行分析,找出流 程中碳排放的主要产生环节,并对这些产生碳排放的环节做进一步的分析,了解各个环节中 碳排放量的高低。2.1 玻璃纤维产品的工艺流程中产生碳排放的主要环节分析 玻璃纤维由于其绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好,机械强度高,被广泛的应用在建筑、 交通、电子、化工等多个领域。玻璃纤维产品种类很多,主要包括纱、布、毡等;玻璃纤维 的生产方法一般有两种,坩埚法和池窑法,因为池窑法在技术上要优于坩埚法,因而目前坩 埚法正在逐渐的被池窑法所取代。本为池窑法生产的玻璃纤维纱

6、产品为例,对玻璃纤维产品 的工艺流程进行分析。用池窑法生产玻璃纤维产品的工艺流程如图 1: 图 1 玻璃纤维纱工艺流程Fig.1 The process flow offiberglass yarn 主要形成玻璃纤维原丝, 以后的纱、布、毡等都是由原丝经过加工形成的。在拉丝机拉丝过程中,主要的能耗方式是 电力的损耗,属于间接温室气体排放。 磨机磨碎 这个过程和拉丝机拉丝过程一样,主要消耗电力,属于间接能耗。它是把各类经过粗碎、 均化、细化三个阶段后的矿石颗粒等磨成矿石粉的过程。 原丝加工 原丝的加工中要用到大量的水,主要包括浸润剂配制、拉丝车间冲洗隔板和冷却系统中 用的水,属于间接碳排放。 其

7、他 除了上述几个主要的碳排放环节之外,在原矿石的采集、粗碎、均化、包装、运输等系 类中具有直接或者间接的温室气体排放。按照碳排放的比重,一些环节在计算中不计在内, 如包装等;一些不确定性比较大的碳排放环节也不计算在内,如厂外运输等;一些碳排放量 比较小的环节也不计在内,如粗碎、细碎和厂内运输等。 综上所述,在基于产品生命周期的玻璃纤维纱产品的碳排放评价中,仅对瑶池溶制、拉 丝机拉丝、磨机磨破和原丝加工四个主要环节进行计算。此外,由于玻璃纤维纱产品的种类 各异以及后续环节碳排放量相对比较低,下文主要以玻璃纤维干纱为主要评价对象。3 玻璃纤维产品碳排放评价指标体系分析为了建立切实、可用的玻璃纤维产

8、品碳排放评价模型,首先对其碳排放评价指标进行了 分析,并建立了评价指标体系。该体系以定量分析为主,定性分析为辅,全面的对玻璃纤维 产品碳排放进行了分析。3.1 评价的基本条件进行低碳产品碳排放评价时,生产企业应该满足以下要求: 供应链及环境管理方面 对主要原材料供应方、生产制造方以及相关服务方等提出明确的原辅料包装、运输、装卸、以及固废回收利用的供应链管理要求。 企业管理方面 玻璃纤维纱生产企业应按照相关国家标准的要求建立并实施质量、环境和能源管理体系。 质量管理方面 玻璃纤维产品质量必须满足质量方面的相关国家标准要求。 计量方面 玻璃纤维生产企业应按相关国标标准的要求配备能源计量器具。 此外

9、,生产企业还要注意采用国家鼓励的先进技术工艺,不可使用国家限制或淘汰技术工艺等。3.2 评价指标体系的建立玻璃纤维低碳产品评价指标体系主要从定性和定量指标两方面进行考虑,其中,定性的 指标主要包括产品的供应链情况、企业的管理水平、企业能源计量情况及产品质量水平,定 量的指标主要包括原矿石的获取(包括石英砂、萤石等)和产品的制造(包括粉碎、溶制、 拉丝等生产过程)。其中,评价时以定量指标为主,定性的指标只作为评价时的基本条件考 虑。具体见图 2。 图 2 玻璃纤维产品碳排放评价指标体系Fig.2 The carbon emissions evaluation index system offib

10、erglass products由于玻璃纤维产品在使用过程中不产生温室气体,所以定量指标中只对原材料和生产制 造过程中的碳排放进行分析;此外,由于在玻璃纤维生产中,以瑶池生产为例,在原丝烘干 之前的工艺基本上都是一样的,产品生产的多样性主要体现在烘干之后的工序,如织布、做 毡等,所以,针对产品碳排放的可根据具体产品的实际生产状况进行量化计算。4 玻璃纤维产品碳排放评价模型的研究玻璃纤维产品碳排放评价模型作为玻璃纤维企业碳排放的关键技术要求,它的建立应该 首先考虑到它的可操作性,其次要考虑作为模型支持的数据的可搜集性,再次要考虑到不能给企业增加成本,最后要考虑模型的可扩展性,以适应新的环境及技术

11、要求。基于这些原则,参照 ISO14064、PAS2050 及 IPCC2006 国家温室气体指南,采用排放因子法建立玻璃纤维 产品碳排放评价模型如下:nG = G m + G p = (M i × EF i + (M j × EF j (1)其中:i =1j =1G 玻璃纤维产品碳排放总量,单位为千克二氧化碳当量(kgCO 2e ); G m 原料和能源获取阶段排放量,单位为千克二氧化碳当量(kgCO 2e ); G p 产品制造阶段产生的 G HG 排放量,单位为千克二氧化碳当量(kgCO 2e )。 从上式中不难看出,按照评价指标体系中的定量分析指标,因为在产品使用阶

12、段不产生温室气体,所以玻璃纤维产品碳排放的量化分为两个阶段完成,一个是原材料获取阶段,一 个是产品制造阶段。具体如下。4.1 原材料获取阶段的碳排放核算式中: m G m = (M i × EF i i =1(2M i 生产活动中一个功能单位消耗的第 i 类物质实物量,单位为千克(kg ); EF i 第 i 类物质排放因子, 单位为千克二氧化碳当量/千克(kgCO 2e/kg)。4.2 产品制造阶段的碳排放核算式中: n G p = (M j × EF j j =1(3E j 生产活动中一个功能单位消耗的第 j 类能源实物量,单位为千克(kg ); EF j 第 j 类一次能源燃烧或二次能源使用的排放因子,单位为千克二氧化碳当量/千克(kgCO 2e/kg)。4.3 模型的适用范围该模型主要用于采用池窑法生产的玻璃纤维企业,但也可用于采用坩埚法生产的玻璃纤 维企业的内部核算或者对外公开的产品碳排放报告,也可用于第三方核查机构对企业产品进 行碳排放核查。5 结论本文根据玻璃纤维产品的生产特点,以产品生命周期中碳排放的量化为目标,以建立玻 璃纤维产品

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