食品生命周期碳排放評價研究

馬愛進，趙海珍

(1.中國標準化研究院，北京100088;2.國家環保總局環境工程評估中心，北京100012)

食品生命周期碳排放評價研究

馬愛進1，趙海珍2

(1.中國標準化研究院，北京100088;2.國家環保總局環境工程評估中心，北京100012)

基于生命周期評價(LCA)理論，探討界定食品生命周期碳排放的核算范圍，對食品生命周期從原料生產、加工、消費到廢物處理各階段的碳排放進行清單分析，并提出了食品生命周期碳排量的評價框架和方法。

食品生命周期，碳排放，評價

氣候變化是當今國際社會普遍關注的全球性問題，也是人類面臨的最為嚴峻的全球環境問題。全球科學研究表明，氣候變化的主要原因是由于人類活動向大氣中排放過量的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)等溫室氣體而引起的。因此解決氣候變化問題的根本措施也就是減少人為溫室氣體排放或增加對大氣中溫室氣體的吸收。食品原料、生產過程、銷售過程中對能源和資源的消耗及固體廢棄物的處理會帶來巨大的溫室氣體排放量。如何減少食品原料生產、加工過程、包裝、運輸等過程的碳排放量，發展低碳食品是低碳社會對食品業發展的時代要求。本文基于可持續發展思路，利用生命周期評價理論和方法，探討界定食品生命周期碳排放核算范圍、分析食品生命周期碳排放清單，初步構建食品生命周期碳排放的評價框架和方法，為促進我國低碳食品的發展提供參考。

1 食品生命周期碳排放及低碳食品

1.1 食品生命周期

劉妍在研究啤酒生命周期時，認為產品生命周期就是從自然中來回到自然中去的全過程，也就是既包括制造產品所需要的原材料的采集、加工等生產過程，也包括產品貯存運輸等流通過程，還包括產品的使用過程以及產品報廢或處置等廢棄回到自然的過程，這個過程構成了一個完整的產品生命周期［1］。王新杰等研究產品生命周期評價體系時，認為產品生命周期是指從產品設計、制造、使用/維護到回收處理的全過程［2］。任輝等研究認為一個完整的食品生命周期應該從最初原料的生產到產品包裝、運輸、銷售、消費及最終廢棄物處置的整個過程［3］。

本文認為食品生命周期即是食品產品的生命周期，也指食品產品全生命周期，英文是food life cycle或food whole life cycle，指從食品產品的萌芽到食品食用后包裝處置的整個過程，包括食品原料的生產、食品加工、包裝、運輸、銷售、食用、廢物處置等階段。而食品生命周期分析，即是用生物學生命周期思想與社會有機體理論及系統理論對食品產品系統進行的分析。

1.2 食品生命周期碳排放

食品生命周期的碳排放是指把食品的全生命周期看成一個系統，該系統由于消耗能源、資源向外界環境排放的總碳量。食品生命周期的碳排放來源如表1所示，包括了食品原料生產、食品加工、銷售、食用、廢物處置等階段的碳排放。需要指出的是，食品原料生產階段未分解成它的上游活動(如化肥生產、土地利用變化、飼料生產、獸藥生產、農藥生產等)，食品生產階段涉及的食品添加劑、包裝等也未分解成它的上游活動(如添加劑合成、塑料合成、金屬冶煉等)。

1.3 低碳食品

我們消費的各類食品需要人類的各種勞動和資源消耗來生產。調查和研究發現，生產高蛋白、高脂肪的食品，如肉類，比生產谷物類食物消耗的能源和排放的二氧化碳更多，所以低碳食品是以產品生產過程中能耗高低和主要排放溫室氣體的多少為衡量標準。由此而言，低碳食品是指在產品設計階段有著明確而詳細的減少溫室氣體排放的方案，在食品生命期內原材料選擇、運輸，生產工藝、設備選擇，包裝材料使用，產品儲存、運輸方式，食用方法和廢棄物處置各階段溫室氣體排放少甚至是零排放的食品。其目標是在食品全生命周期內盡量減少溫室氣體的排放，減少對氣候變化的影響。近年來，低碳食品已逐漸成為國際食品的發展趨勢。在我國，低碳食品的思想也越來越受到重視。

表1 食品生命周期各階段碳排放來源

表2 食品生命周期碳排放系統邊界內的通用材料和活動

2 食品生命周期碳排放評價

針對產品的可持續性評價體系主要有兩類，一類是主觀定性評價系統，一類是基于生命周期評價(LCA)理論建立的定量評價系統。主觀定性評價方法操作簡單，包含的內容全面，卻存在難以確保評價客觀性，只能用于某一階段或全過程完成后的事后評價。基于生命周期評價理論的定量評價方法，雖然需要收集大量數據，工作量大，但是具有客觀性強、可以量化，并且可以用于項目實施前的事前控制等優點［4］。

2.1 生命周期評價原理和方法

生命周期評價始于20世紀70年代左右，源于美國開展的針對包裝品的分析和評價［5］，在生命周期評價(LCA)的發展歷程中，產生了多種定義，其中國際標準化組織(ISO)和國際環境毒理學會和化學學會(SETAC)的定義最具有權威。

國際環境毒理學和化學學會將生命周期評價定義為:生命周期評價是一種對產品生產工藝及活動的物質、能量的利用及造成的環境排放進行量化和識別而進行環境負荷評價的過程;是通過對能量和物質利用以及由此造成的環境廢物排放進行辨識和量化來進行的;評價目的在于評估能量和物質利用以及廢物排放對環境的影響，尋求改善環境影響的機會以及如何利用這種機會;這種評價貫穿于產品、工藝和活動的整個生命周期，包括原材料的提取與加工、產品制造、運輸以及銷售、產品的使用、再利用和維護，廢物循環和最終廢棄物［6］。SETAC的LCA技術框架分為四個部分:目標與范圍的確定、清單分析、影響評價及改善評價，其中清單分析是最重要的一個部分。

國際標準化組織將生命周期評價定義為匯總和評估一個產品(或服務)體系在其整個生命周期內的所有投入及產出對環境造成的潛在影響的方法［7］。同時將生命周期評價納入了其標準環境管理體系ISO14000系列中。自20世紀90年代起，生命周期評價在我國已開展相關研究。1998年，我國開始全面引進ISO14000系列標準，將其轉化為國家標準。進入21世紀以來，生命周期評價成為了國內可持續發展和環境保護領域新的研究亮點之一。

國際環境毒理學與化學學會以及國際標準化組織分別對LCA的定義及技術框架的制定，進一步推動了LCA在國際范圍內的發展。本文基于生命周期評價理論，探討建立食品生命周期碳排放評價框架和方法。

2.2 食品生命周期碳排放評價范圍和對象

系統邊界為通過一組準則確定哪些單元過程屬于產品系統的一部分，其單元過程是一個生命周期的最小部分，在進行生命周期評價時，對其進行數據分析。食品生命周期系統邊界應包含食品原料生產、食品加工、銷售、消費和廢物處置等單元過程，表2為食品生命周期邊界內的通用材料和活動。

列入食品產品邊界系統的關鍵原則是包含所有的實質性碳排放(通過使用估值和即時獲取的數據決定一個排放源是否是實質性的)，即由選定的產品在生產、使用或再利用過程中直接或間接產生的碳排放。非實質性碳排放，即占碳排放總量不到1%的任何單一來源。但非實質性碳排放源的總比例不超過碳排放總量的5%。

2.3 食品生命周期碳排放評價功能單位

食品企業規模不一，食品原料差異，食品機械化程度，產品消費形式相差很大，直接導致碳排放量差別很大。通常適當的功能單位是受該產品如何驅動消費的影響，如200g薯條，但使用較大的功能單元如1t薯條，可能更容易收集數據和計算碳排放。根據目前國內外食品評價研究［8-10］，本文食品生命周期碳排放的功能單位定義為單位包裝產品的碳排放。

2.4 食品生命周期碳排放清單分析

有關的數據應包括產品系統邊界范圍內所有溫室氣體的排放。在計算食品生命周期碳排放時需要兩類數據，活動水平數據和排放因子。活動水平數據是指食品生命周期中涉及到的所有材料和能源(物料的輸入和輸出、能源使用、運輸等)，如表3所示;排放因子可將這些數據轉化成溫室氣體排放量，即單位活動水平數據排放的溫室氣體數量(如每千克輸入量的千克溫室氣體)。活動水平數據和排放因子可來自初級或次級數據。初級數據是指針對具體產品生命周期由內部或供應鏈中別人所做的直接測量;次級數據是指不針對具體產品的外部測量，是一種對同類過程或材料的平均或通用測量(如行業報告數據)。一般情況下，盡可能多的使用初級活動數據，因為這類數據可更好地了解實際碳排放情況，并有助于找到減排的機會。

表3 通用活動水平數據

2.5 食品生命周期碳排放計算

食品生命周期碳排放總量應包括整個產品生命周期中所有活動的所有材料、能源和廢棄物乘以其排放因子之和。即某一活動的碳排放=活動水平數據(質量/kWh/km)×排放因子(每個單位的CO2當量)。每項活動的溫室氣體排放計算出來后，可利用全球增溫趨勢(GWP)將其換算成二氧化碳當量。需要指出的是，計算碳排放時通常需要質量平衡，以確保所有輸入、輸出和廢物流均被計入。食品碳排放涉及步驟復雜，圖1可為計算碳排放提供參考，對標示符號的步驟分別計算碳排放。

圖1 食品生命周期碳排放計算示例

3 結論與展望

食品生命周期碳排放評價是一項非常復雜的工作。本文基于可持續發展思路，利用LCA理論和方法，對食品原料的生產、食品加工銷售、食用、廢物處置等階段的碳排放源進行了分析，明確了低碳食品的內涵，提出了食品生命周期碳排放評價范圍、評價對象、評價功能單位，并初步分析食品生命周期碳排放數據的收集和食品生命周期碳排放的計算。由于我國在食品的原料選擇和再加工過程中工藝種類繁多，再加之食品消費階段多樣性以及廢物回收與處置的復雜性，都給食品生命周期的碳排放定量化工作帶來一定的難度，但隨著各類數據的收集與積累，食品生命周期的碳排放評價工作將越來越規范化和程序化。我們相信，通過開展食品碳排放評價將為我國食品工業帶來更好的綜合效益，為我國食品可持續發展貢獻力量。

［1］劉妍.淺析啤酒全生命周期中的清潔生產機會［J］.環境科學管理，2008，33(9):186-190.

［2］王新杰，曹武軍.產品生命周期評價體系研究［J］.鄭州輕工業學院學報，2003，18(2):35-38.

［3］任輝，曹利江，付佳，等.我國食品生命周期評價體系初探［J］.農業技術經濟，2005(4):24-28.

［4］張智慧，尚春靜，錢坤.建筑生命周期碳排放評價［J］.建筑經濟，2010(2):44-46.

［5］楊建新，王如松.生命周期評價的回顧與展望［J］.環境科學進展，1998，6(2):21-27.

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［8］任輝，陽印生，曹利江.啤酒生產生命周期評價研究［J］.農業機械學報，2006(2):80-83.

［9］PAS 2050:2008:Specification for the assessment of the life cycle greenhouse gas emissions of goods and services［S］. BSI，2008.

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Study on carbon emission assessment of food life cycle

MA Ai-jin1，ZHAO Hai-zhen2
(1.China National Institute of Standardization，Beijing 100088，China;2.Appraisal Center for Environment and Engineering，State Environmental Protection Administration of China，Beijing 100012，China)

Based on the theory of life cycle assessment(LCA)，a list analysis on the food carbon emission of the stages of raw material，production，consumption，and disposition was made.Furthermore，the framework and approach of calculating the food carbon emission was also developed.

food life cycle;carbon emission;assessment

TS201.2

A

1002-0306(2011)09-0461-03

2010-08-24

馬愛進(1975-)，男，副研究員，主要從事食品質量安全標準、食品接觸材料評價、食品流通等研究。