Carbon Footprint and Carbon Emission Reduction Analysis of Two Typical Bamboo Flooring Types
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摘要:
本文基于重组竹地板、普竹地板两种竹产品生命周期碳足迹的核算，进行碳减排潜力分析。结果表明，普竹地板和重组竹地板的碳足迹分别为30.722 8、−70.385 7 kg CO2 -eq·m−3；重组竹地板的主要碳排放环节是加工过程，其对碳足迹的贡献率为66.0%；普竹地板的主要排放环节是附加物碳排放，其对碳足迹的贡献率为65.0%。运输过程的碳排放对两种竹地板碳足迹的贡献率较低，均在7%以内。不同减排情景下，重组竹地板在情景五（运输距离为24 km，生产效率提升15%）的情况下碳减排量最大，减排后的碳足迹为−104.658 0 kg CO2 -eq·m−3；普竹地板在情景六（运输距离为24 km，生产效率提升15%，包装质量减少20%）的情况下碳减排量最大，减排后的碳足迹为−5.761 1 kg CO2 -eq·m−3。以上研究可为竹企业确定减排方向提供参考。
Abstract:Based on the calculation of the life cycle carbon footprint of two kinds of bamboo products, recombinant bamboo flooring and ordinary bamboo flooring, this paper analyzed the carbon emission reduction potential. The results showed that the carbon footprints of ordinary bamboo flooring and recombinant bamboo flooring were 30.722 8 and −70.385 7 kg CO2 -eq·m−3, respectively. The main carbon emission link of reconstituted bamboo flooring was the carbon emission of the processing process, which contributed 66.0% to the carbon footprint. The main emission link for ordinary bamboo flooring was the carbon emissions from accessories, which contributed 65.0% to the carbon footprint. The contribution of carbon emissions from transport to the carbon footprint of both types of bambo o flooring was low, within 7%. Under different emission reduction scenarios, the recombinant bamboo flooring had the largest carbon emission reduction under scenario 5 （setting the transport distance at 24 km and increasing the production efficiency by 15%）, with a carbon footprint of −104.658 0 kg CO2 -eq·m−3 after emission reduction; ordinary bamboo flooring had the largest carbon emission reduction under scenario 6 （24km transport distance, 15% increase in production efficiency and 20% reduction in the use of additives）, with a carbon footprint of −5.761 1 kg CO2 -eq·m−3. The above study could be used as a reference to determine the direction of emission reduction for bamboo enterprises.
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国际竹藤组织倡议发展竹产业，推动全球绿色低碳发展。中国作为世界上竹资源最丰富的国家之一，竹林面积快速增长，第九次全国森林资源清查结果显示，中国竹林面积达641.16万hm2[1]。竹林具有强大的固碳能力，跟同纬度地区的杉木Cunninghamia lanceolata和马尾松Pinus massoniana相比，竹子的固碳优势明显[2]。此外，竹林成材周期短，一般3～5 a即可成林成材，我国每年的竹材砍伐量在很大程度上缓解了市场上木材的供需矛盾[3]。竹材广泛应用于家具、建筑等领域，产品种类丰富，达3 000多种，其中竹地板是我国竹制品中产量较大的一种产品，2022年竹地板销量达到2 960万m2，其他类型地板销售量为500万m2[4-5]。与实木复合地板相比，竹地板具有密度高、不易变形等优点，其中重组竹地板物理性能优于普竹地板，两者都是实木地板的可替代品[6-7]。
竹地板制成后，可以通过碳足迹核算来衡量其生命周期中的碳排放。针对高碳排放的产品，欧盟等国家计划征收碳排放税[8-9]。政府的碳排放政策和消费者日益增强的环保意识给制造商带来了压力，更多的公司致力生产环境友好型产品[10]；例如，格力公司专注于节能产品的研发。一些时尚品牌开始使用新材料生产低碳产品，减少生产过程中的碳排放[11]。竹制品企业在出口贸易较大的情况下，同样面临着碳关税等绿色贸易壁垒。但是相比其他行业，竹制品企业减排优势比较明显。在竹地板生产加工过程中，竹材本身固定的碳能够转移到产品中保存一段时间，计算时以负的二氧化碳排放当量的形式扣除生产加工过程中的碳排放[12]，当竹材产品的碳储存效益大于生产加工过程的碳排放，成为负碳排放产品[13]。碳储存效益使竹产品在应对“碳关税”等贸易规则时处于有利地位，增加出口量的同时带动竹产区农民的收入[14]。
安吉县是国内最大的竹产品制造业集聚地，竹产品种类丰富，其中以竹制家具、竹地板等最具代表性[15]。但目前竹产业发展存在高能耗、高污染等问题，“双碳”目标的提出、不断完善的环境规制都要求竹企业加快绿色低碳转型发展[16]。碳足迹通常指一项活动或产品在生命周期中直接或间接所产生的温室气体排放量[17-18]。碳足迹核算对企业的碳减排至关重要，通过碳足迹核算，获得两种竹地板生命周期中的碳排放结构，并提出各种情景下的碳减排策略，对竹加工企业绿色低碳发展，实现碳中和目标意义重大。
1. 研究方法和数据来源
1.1 竹地板碳足迹研究方法
本研究基于PAS2050碳足迹评价规范[19]并结合生命周期评价法（LCA）[20]，选择从商业—商业 （B2B） 的评价方式，全面评估包括从原材料运输、产品加工到包装入库等过程中化石能源、电力能源、隐含排放产生的二氧化碳排放量和碳储存效益[21]。
基于生命周期法分析碳足迹包含四个步骤[22]：（1）明确功能单位，某一特定产品的一个有意义的数量即功能单位。本研究中竹地板企业是按立方米出售的，那么竹地板的功能单位就确定为立方米（m3）；确定系统边界，其关键原则是列入所有的“实质性排放”，从而精确地梳理出产品在系统内的输入源与输出源[23]。在本研究中，竹地板碳足迹评估边界为原材料运输、生产加工、产品入库整个过程的碳排放和碳转移。（2）清单分析，清单分析是指通过调查竹地板的供应链，详细列出每个阶段输入输出的各种清单，并量化分析[24]。（3）影响评价，对根据清单分析收集所得的数据进行汇总，得到竹地板的碳足迹。（4）结果解释，包括敏感性分析和不确定检查，对核算过程中的局限性做出解释，并对产业链中的关键环节提出碳减排建议[25]。
1.2 碳减排路径设计
造成竹产品碳足迹差异性的原因包括：生产加工过程的差异、产品的含水率、使用年限。产品的含水率范围是为保证产品质量而定的，使用年限是企业研究后规定的，因此竹地板生产加工过程是碳减排的切入点。龙超等[10]提出造成环境潜在影响的主要因素包括能源消耗、生产率，因此加工过程碳减排抓生产效率，运输、附加物碳减排抓能源、物质消耗。
调查发现，重组竹地板的竹疏解材、油漆、胶水运输距离较远，普竹地板的竹板材和油漆运输距离较远。安吉县毛竹Phyllostachys edulis资源比较丰富，且竹疏解材类、竹板材类前端工厂在安吉逐渐建成，后期就地取材能降低运输距离，减少碳排放。安吉本地也有油漆和胶水的供应商，若胶水和油漆从安吉本地运输到企业，也能降低运输部分的碳排放。以安吉县中心为圆心，安吉县的半径为24 km，以24 km为原料和附加物的运输距离，进行运输碳减排设计。
在工厂实测环节可以发现，两家工厂在竹地板加工过程中都存在机器功率过大、机器空转时间长等情况。未来，企业通过升级设备，可以提高加工效率，减少碳排放。因此，企业加工部分，设计生产效率提高10%和15%两种情况。
附加物部分，为保证竹地板的质量，仅考虑产品包装部分的碳减排。本次调查的重组竹地板主要出口国外，运输过程中使用塑料薄膜与木框进行包装，不使用纸箱。木框重复使用不计入碳排放，塑料薄膜的碳排放量占碳总排放量不足1%，不计入碳足迹，因此重组竹地板的包装没有减排潜力。而普竹地板使用精包装，包装排放占附加物碳排放量的74.26%，因此设计包装重量减少20%。
1.3 数据来源
本研究中两种竹地板的碳足迹均由浙江省安吉县的竹企业调查而来。竹重组材的构成单元是横向疏松、交错相连的网状竹束，竹束再经一系列工艺制备成竹板材料，竹材利用率达77%。重组竹材具有性能好、工艺简单、成本低廉等优点。具体生产流程包括锯断、开片碾压、碳化、烘干、浸胶、二次烘干、热压、锯头、定长度、压花纹、抛光、上漆、包装。
竹集成材是由精刨竹片经胶黏剂胶合压制成的板材，而后进一步加工成普竹地板。普竹地板制造工艺简单，保留竹子本身的纹理与色泽，但原材料的利用率低，只有31.66%。具体生产流程包括截断、分拣、冲片、粗刨、碳化、烘干、精刨、过胶、压制、涂胶、二次压制、抛光、四面刨、精刨、齐口、上漆、包装。
竹地板生命周期温室气体排放计算中的排放因子见表1。
表 1 竹地板碳排放因子数据Table 1. Emission factor data for bamboo flooring材料及能源 排放因子 单位 数据来源 电力 0.581 0 kg CO2·kwh−1 生态环境部 柴油 2.620 0 kg CO2·L−1 《中国产品全生命周期温室气体排放系数集》 汽油 2.160 0 kg CO2·L−1 胶黏剂 0.600 0 kg CO2·kg−1 纸箱 0.900 0 kg CO2·kg−1 油漆 2.860 0 kg CO2·kg−1 IPCC碳排放因子数据库 各个过程的具体计算公式如下：
（1） 运输阶段碳排放
运输过程化石能源产生直接碳排放，碳排放的计算公式为:
$$ {C}_{1}=\sum _{i}^{n}{K}_{i}\times {M}_{i}{\times {D}_{i}\times EF}_{i} $$ 式中，C1为竹地板运输过程碳排放，Ki为某种能源单位重量百公里能耗，Mi为运输的产品质量，Di为运输距离，EFi为能源碳排放因子。重组竹地板、普竹地板的运输细节如表2、表3所示。
表 2 重组竹地板运输阶段细节Table 2. Details of transport stages of reconstituted bamboo flooring运输材料 能源类型 能耗/（L·t−1·100 km−1） 运输距离/km 运输质量/（kg·m−3） 原竹 柴油 1.5 40 3 515.377 0 竹疏解材 柴油 1.5 146 1 565.473 4 油漆 汽油 2.0 249 0.951 8 胶水 汽油 2.0 249 121.985 5 表 3 普竹地板运输阶段细节Table 3. Details of the transport phase of bamboo flooring运输材料 能源类型 能耗/（L·t−1·100 km−1） 运输距离/km 运输质量/（kg·m−3） 原竹 柴油 1.5 13 3 693.179 6 竹板材 柴油 1.5 435 684.329 2 油漆 柴油 1.5 915 0.397 1 纸箱 柴油 1.5 74 50.895 1 （2）加工阶段碳排放
竹地板加工过程中电力碳排放是以各工序的机器功率乘以各工序消耗时间进行计算的，计算公式如下：
$$ {C}_{2}=\sum _{i}^{n}{P}_{i}\times {T}_{i}{\times EF}_{i} $$ 式中，C2为竹地板加工过程电力能源碳排放，Pi为每个工序机器额定功率，Ti为第i工序机器运行时间，EFi为电力的碳排放因子。
（3）附加物碳排放
附加物的隐含碳排放计算公式如下：
$$ {C}_{3}=\sum _{i}^{n}{G}_{i}{\times EF}_{i} $$ 式中，C3为竹地板附加物隐含碳排放，Gi为附加物消耗量，EFi为附加物的碳排放因子，i为排放源。
重组竹地板、普竹地板附加物消耗量的具体数值见表4。
表 4 竹地板资源消耗清单数据Table 4. Inventory data on resource consumption for bamboo flooring重组竹地板 普竹地板 材料 消耗量/（kg·m−3） 材料 消耗量/（kg·m−3） 胶黏剂 121.985 5 纸箱 101.500 0 油漆 0.951 8 胶黏剂 50.893 7 油漆 0.393 7 （4）碳储存效益计算
根据PAS2050规范，当产品包含生物碳并保留一年以上时，将以负的二氧化碳当量值纳入产品生命周期内，具体计算公式如下：
$$ {C}_{4}=\frac{Q\times 0.76\times {T}_{0}}{100} $$ 式中，C4为竹地板理论寿命内存储的碳储存效益，Q为产品中存储的CO2质量，由生物量乘以Ⅲ度竹含碳率
0.513 2 得到；T0为某个产品形成后，其全部碳存储效益存在的年数，重组竹地板、普竹地板的理论寿命是20 a；（0.76×T0）/100为碳存储的加权系数。（5）产品碳足迹计算
根据产品全生命周期（B2B）碳足迹评价规范，碳足迹评价公式如下：
$$ C=\sum _{i}^{3}{C}_{i}-{C}_{4} $$ 式中，C为竹产品碳足迹；i为各排放源；Ci为每个碳源单位重量产品二氧化碳排放当量。
2. 结果与分析
2.1 竹地板碳足迹
重组竹地板的功能单位为m3，碳足迹为−70.385 7 kg CO2 -eq·m3，碳储存效益为341.232 8 kg CO2 -eq·m−3，碳排放为270.847 1 kg CO2 -eq·m−3，其中运输、加工、附加物三个部分的碳排放分别为15.831 0、179.102 8、75.913 3 kg CO2 -eq·m−3。具体碳排放构成见图1。
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图 1 重组竹地板碳排放构成图Figure 1. Composition of carbon emissions from restructured bamboo flooring普竹地板的功能单位为m3，碳足迹为30.722 8 kg CO2 -eq·m−3，碳储存效益为159.968 8 kg CO2 -eq·m−3，碳排放为190.691 3 kg CO2 -eq·m−3，其中运输、加工、附加物三个部分的碳排放分别为13.787 8、53.875 7、123.028 1 kg CO2 -eq·m−3, 具体碳排放构成见图2。
对比两种不同生产工艺下单位立方米的竹地板碳足迹结果，可以发现，重组竹地板干质量是普竹地板干质量的2.3倍，这是因为前者的竹材利用率高。运输部分，运输过程中两种竹地板的碳排放比较接近；加工部分，加工过程中重组竹地板的碳排放比普竹地板高，原因是前者加工过程所用机器功率较大；附加物部分，普竹地板的碳排放大于重组竹地板，重组竹地板没有包装碳排放，普竹地板采用精包装，且包装碳排放占附加物碳排放的74.26%。重组竹地板为负碳产品，对碳中和有积极意义；普竹地板虽然没有达到负碳水平，但减排潜力巨大。详细数据见表5。
表 5 竹地板指标对比Table 5. Comparison of bamboo flooring indicators指标 重组竹地板/m3 重组竹地板/kg 普竹地板/m3 普竹地板/kg 竹生物量干质量/（kg） 1 193.023 8 0.890 0 514.543 7 0.919 2 碳储存效益/（kg CO2 -eq） 341.232 8 0.254 6 159.968 8 0.286 0 碳排放/（kg CO2 -eq） 270.847 1 0.202 1 190.691 3 0.341 0 碳足迹/（kg CO2 -eq） −70.385 7 −0.052 5 30.722 8 0.054 9 2.2 情景减排
各情景下的碳减排量及减排后竹地板的碳足迹如表6所示。由于重组竹地板不考虑包装减量，因此重组竹地板的情景有5种。普竹地板考虑到了减少包装质量，设置的情景有6种。重组竹地板、普竹地板分别在情景五（运输距离为24 km，生产效率提升15%）、情景六（运输距离为24 km，生产效率提升15%，附加物减量20%）的组合下减排潜力最大，碳减排量达到34.272 5、36.491 1 kg CO2 -eq·m−3。
表 6 不同情景下竹地板碳减排量与碳足迹Table 6. Carbon footprint and emission reduction strategies of two typical bamboo products情景设置 重组竹地板 普竹地板 运输
距离/km生产效率
提高/%减排总量/
（kg CO2 -eq·m−3）碳足迹/
（kg CO2 -eq·m−3）运输
距离/km生产效率
提高/%附加物
减量/%减排总量/
（kg CO2 -eq·m−3）碳足迹/
（kg CO2 -eq·m−3）情景一 24 10.911 3 −81.297 0 24 11.178 1 19.551 9 情景二 10 16.282 1 −86.667 8 10 4.897 8 25.832 2 情景三 15 23.361 2 −93.746 9 15 7.027 3 23.702 7 情景四 24 10 27.193 4 −97.579 1 20 18.285 7 12.444 3 情景五 24 15 34.272 5 −104.658 0 24 10 20 34.361 6 −3.631 6 情景六 24 15 20 36.491 1 −5.761 1 3. 结论与讨论
3.1 结论
本研究中核算得到重组竹地板和普竹地板的碳足迹分别是−0.052 5、0.054 9 kg CO2 -eq·kg−1。单位kg重组竹地板的碳储存效益、碳排放分别为0.254 6 kg CO2 -eq、0.202 1 kg CO2 -eq。重组竹地板本身的碳储存效益抵消了生产加工过程中产生的碳排放，因此碳足迹为负值。单位kg普竹地板的碳储存效益、碳排放分别为0.286 0 kg CO2 -eq、0.341 0 kg CO2 -eq，碳排放值大于碳储存效益值，因此碳足迹为正值。
对两种竹地板进行减排情景分析，发现重组竹地板在情景五（运输距离为24 km，生产效率提升15%）的情况下碳减排量最大，减排后的碳足迹为−104.658 0 kg CO2 -eq·m−3；普竹地板在情景六（运输距离为24 km，生产效率提升15%，附加物减量20%）的情况下碳减排量最大，减排后的碳足迹为−5.761 1 kg CO2 -eq·m−3。
3.2 讨论
目前，已经有很多研究讨论了产品的生命周期温室气体排放量[26-28]。在本次研究中，竹地板碳足迹评价采用PAS2050评价规范，结合生命周期评价（LCA）方法，界定的边界为“从摇篮到大门”[29]，忽略了使用和回收等阶段。主要原因是竹制品的使用、废弃阶段碳排放时间长，监测计量困难，最终处置时不同的处理方法如焚烧、填埋的结果也会有差异[12]。
在竹地板加工过程中，会产生大量的竹废料，这些废料通常被其他加工企业收购，用来生产竹炭、竹粉颗粒等燃料产品，进一步提高了竹材的综合利用率，减少了竹材资源的浪费。同时利用竹废料生产的竹粉颗粒、竹炭可以替代煤炭、柴油等高排放燃料，实现替代减排。政府应支持竹废料加工企业的运营，主动搭建本地竹企业与竹废料加工企业之间的桥梁，构建完整的产业链。此外，政府还应加大设备与资金投入，改进当地的竹加工技术，促进竹加工业的低碳发展。
碳足迹核算及减排规划意义重大。对竹企业来说，碳减排分析可以帮助企业确定减排方向。企业按给出的建议进行碳减排调整，可以减少碳排放，减轻碳关税带来的出口限制问题。对竹产业来说，碳减排分析可以使竹产品加工向低碳、负碳方向发展，带动竹产业的结构调整，使竹产业从粗放生产、低附加值的阶段向智能化、高效益发展[30]。
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图 1 重组竹地板碳排放构成图
Figure 1. Composition of carbon emissions from restructured bamboo flooring
表 1 竹地板碳排放因子数据
Table 1 Emission factor data for bamboo flooring
材料及能源 排放因子 单位 数据来源 电力 0.581 0 kg CO2·kwh−1 生态环境部 柴油 2.620 0 kg CO2·L−1 《中国产品全生命周期温室气体排放系数集》 汽油 2.160 0 kg CO2·L−1 胶黏剂 0.600 0 kg CO2·kg−1 纸箱 0.900 0 kg CO2·kg−1 油漆 2.860 0 kg CO2·kg−1 IPCC碳排放因子数据库 
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表 2 重组竹地板运输阶段细节
Table 2 Details of transport stages of reconstituted bamboo flooring
运输材料 能源类型 能耗/（L·t−1·100 km−1） 运输距离/km 运输质量/（kg·m−3） 原竹 柴油 1.5 40 3 515.377 0 竹疏解材 柴油 1.5 146 1 565.473 4 油漆 汽油 2.0 249 0.951 8 胶水 汽油 2.0 249 121.985 5
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表 3 普竹地板运输阶段细节
Table 3 Details of the transport phase of bamboo flooring
运输材料 能源类型 能耗/（L·t−1·100 km−1） 运输距离/km 运输质量/（kg·m−3） 原竹 柴油 1.5 13 3 693.179 6 竹板材 柴油 1.5 435 684.329 2 油漆 柴油 1.5 915 0.397 1 纸箱 柴油 1.5 74 50.895 1
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表 4 竹地板资源消耗清单数据
Table 4 Inventory data on resource consumption for bamboo flooring
重组竹地板 普竹地板 材料 消耗量/（kg·m−3） 材料 消耗量/（kg·m−3） 胶黏剂 121.985 5 纸箱 101.500 0 油漆 0.951 8 胶黏剂 50.893 7 油漆 0.393 7
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表 5 竹地板指标对比
Table 5 Comparison of bamboo flooring indicators
指标 重组竹地板/m3 重组竹地板/kg 普竹地板/m3 普竹地板/kg 竹生物量干质量/（kg） 1 193.023 8 0.890 0 514.543 7 0.919 2 碳储存效益/（kg CO2 -eq） 341.232 8 0.254 6 159.968 8 0.286 0 碳排放/（kg CO2 -eq） 270.847 1 0.202 1 190.691 3 0.341 0 碳足迹/（kg CO2 -eq） −70.385 7 −0.052 5 30.722 8 0.054 9
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表 6 不同情景下竹地板碳减排量与碳足迹
Table 6 Carbon footprint and emission reduction strategies of two typical bamboo products
情景设置 重组竹地板 普竹地板 运输
距离/km生产效率
提高/%减排总量/
（kg CO2 -eq·m−3）碳足迹/
（kg CO2 -eq·m−3）运输
距离/km生产效率
提高/%附加物
减量/%减排总量/
（kg CO2 -eq·m−3）碳足迹/
（kg CO2 -eq·m−3）情景一 24 10.911 3 −81.297 0 24 11.178 1 19.551 9 情景二 10 16.282 1 −86.667 8 10 4.897 8 25.832 2 情景三 15 23.361 2 −93.746 9 15 7.027 3 23.702 7 情景四 24 10 27.193 4 −97.579 1 20 18.285 7 12.444 3 情景五 24 15 34.272 5 −104.658 0 24 10 20 34.361 6 −3.631 6 情景六 24 15 20 36.491 1 −5.761 1
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