基于LCA的智能卡產(chǎn)品碳足跡研究

錢大偉 彭紹波 吳新云

（武漢天喻信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司，湖北 武漢 430223）

智能卡行業(yè)是碳排放量較大的行業(yè)之一，但目前國內(nèi)外關(guān)于智能卡產(chǎn)品碳足跡的研究基本為零，缺少對智能卡全生命周期碳足跡的方法研究和量化研究。需要注意的是，進(jìn)行碳足跡研究并不是一件容易的事情，需要投入大量人力、物力和財力。此外，即使進(jìn)行了碳足跡研究，也不一定能夠完全消除碳排放，但可以幫助企業(yè)更好地了解自身碳排放情況，制定更科學(xué)合理的減排計劃，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

鑒于智能卡市場的不斷擴(kuò)大，該文課題將基于生命周期評價（LCA）的方法，以具體的智能卡產(chǎn)品為例進(jìn)行碳足跡量化評估。采用英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（British Standards Institution，BSI）編制的PAS 2050：2011標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的碳足跡核算方法[1]等準(zhǔn)則體系，結(jié)合智能卡產(chǎn)品的工序路線，按照6個步驟進(jìn)行研究：1）智能卡的工藝路線。2）智能卡的回收利用。3）建立智能卡產(chǎn)品全生命周期框架。4）確定智能卡產(chǎn)品的碳足跡系統(tǒng)邊界和核算內(nèi)容。5）核算內(nèi)容數(shù)據(jù)的搜集和計算。6）對智能卡產(chǎn)品進(jìn)行碳排放量化分析。

1 智能卡的工藝路線

設(shè)計好智能卡產(chǎn)品工藝路線后，需要對智能卡的生產(chǎn)工序制作相應(yīng)的作業(yè)指導(dǎo)書。作業(yè)指導(dǎo)書中會標(biāo)明所需生產(chǎn)工序、工序?qū)?yīng)的設(shè)備和設(shè)備對應(yīng)的生產(chǎn)效率，物料清單中會標(biāo)出所需原材料的數(shù)量與質(zhì)量。智能卡的生產(chǎn)流程圖如圖1所示。

圖1 智能卡的生產(chǎn)流程圖

主要原材料包括基片1、中間層、基片2、膜帶、油墨1、銅線、模塊以及油墨2等。生產(chǎn)制造工序包括制版1、膠印、制版2、絲印、中間層制造、裝訂、層壓、沖切、全檢、熱貼、封裝以及個人化等一系列工序。各工序不僅會消耗電能，同時也會使用一定量的輔助材料。

2 智能卡的回收利用

智能卡公司與銀行等終端客戶達(dá)成協(xié)議，如同號換卡和協(xié)助銷毀等。根據(jù)銀行統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，接近50%以上的終端客戶在智能卡到期后會上交銀行，銀行月底會委托天喻信息進(jìn)行報廢處理。天喻信息會與供應(yīng)商合作回收，再次生成基片供天喻信息使用。智能卡回收利用流程如圖2所示。

圖2 智能卡回收利用流程

3 智能卡碳排放過程的計算方法

3.1 智能卡碳排放的計算邊界

選取的功能單位為X張智能卡，X值由客戶決定。產(chǎn)品的系統(tǒng)邊界屬于“從搖籃到大門”的類型，將智能卡的全生命周期分為4個階段，分別為原材料獲取階段、生產(chǎn)制造階段、成品運(yùn)輸階段和回收利用階段。智能卡產(chǎn)品的系統(tǒng)邊界如圖3所示，旨在為其他同類型智能卡產(chǎn)品碳足跡分析做好規(guī)范。

圖3 智能卡產(chǎn)品碳足跡系統(tǒng)邊界

3.2 智能卡碳排放的核算模型

智能卡碳排放量化方法采用碳排放因子法[2]，該方法已被世界各地政府、組織和企業(yè)廣泛采用，并得到了國際社會的認(rèn)可。

智能卡全生命周期的碳足跡如公式（1）所示。

式中：E為智能卡全生命周期的碳足跡，kgCO2-eq/片；G原材料為原料獲取階段碳排放量；G制造為生產(chǎn)制造階段碳排放量；G運(yùn)輸為運(yùn)輸階段碳排放量；G回收為回收階段碳排放量；X為智能卡訂單數(shù)量。

3.2.1 原材料獲取階段

在智能卡生產(chǎn)過程中，原材料的碳足跡主要經(jīng)過上游供應(yīng)商的開采、加工并運(yùn)送到工廠，不考慮原材料運(yùn)送卡車的回程。原材料獲取階段的GHG排放量如公式（2）所示。

式中：G原材料為主料獲取階段的GHG排放量；Mi為智能卡中第i類物質(zhì)材料的質(zhì)量；EFi為第i類物質(zhì)的排放因子；di為智能卡中第i類物質(zhì)材料的運(yùn)送距離；EFtruck為卡車的碳排放因子[3]。

3.2.2 生產(chǎn)制造階段

生產(chǎn)階段將根據(jù)機(jī)料法的4個方面，全面核算與智能卡相關(guān)的碳排放。

在智能卡的制造中，不同的工序方法對應(yīng)機(jī)器、原料會有一定影響。在生產(chǎn)階段，該文將根據(jù)工序的順序獲取各道工序中產(chǎn)生的碳足跡。

各工序的碳排放總和如公式（3）所示。

式中：G制造表示工序制造過程中的GHG排放量；E工序表示工序設(shè)備的能耗；K表示電的碳排放系數(shù)；G輔料表示輔助材料獲取階段GHG排放量；Pj表示第j個設(shè)備的功率；tj表示第j個設(shè)備運(yùn)行時間；EFi表示第i類物質(zhì)排放因子；Mi表示智能卡中第i類物質(zhì)材料的質(zhì)量；di表示智能卡中第i類物質(zhì)材料的運(yùn)送距離；EFtruck表示卡車的碳排放因子。

3.2.3 成品運(yùn)輸階段

運(yùn)輸階段的排放主要是在智能卡成品的運(yùn)輸過程中，其主要運(yùn)輸方式為貨車公路運(yùn)輸。

式中：G運(yùn)輸為將智能卡運(yùn)送到終端客戶的碳排放量；M成品為成品卡的總質(zhì)量；d為智能卡運(yùn)送距離；EFtruck為卡車的碳排放因子。

3.2.4 回收利用階段

智能卡的回收利用可以采用多種工序，例如物理回收法、化學(xué)回收法、懸浮聚合法和密度分離法等。該文方案中采用的是密度分離法[4]。回收階段碳排放量G回收如公式（5）所示。

式中：M回收為回收的智能卡的質(zhì)量；EF回收為智能卡回收利用的排放因子[5]。

4 智能卡碳排放過程的量化計算

該文以天喻信息生產(chǎn)的某款智能卡為例，訂單量為2400片。

4.1 數(shù)據(jù)獲取與處理

4.1.1 原材料數(shù)據(jù)收集

在ERP系統(tǒng)的物料清單模塊中查找訂單使用的主原材料名稱、材質(zhì)和質(zhì)量，同時在供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)中查找供應(yīng)商與公司工廠的距離，整理后見表1。

表1 智能卡主要原材料、質(zhì)量和供應(yīng)商與工廠的距離

4.1.2 生產(chǎn)制造數(shù)據(jù)收集

獲取智能卡的工藝路線與作業(yè)指導(dǎo)書，整理出生產(chǎn)制造過程中各工序?qū)?yīng)設(shè)備的工作功率、工作時間以及輔助材料名稱、材質(zhì)、質(zhì)量，同時在供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)中查找供應(yīng)商與公司工廠的距離。輔助材料會根據(jù)工藝變化，與主材料有所區(qū)別。整理后見表2和表3。

表2 各工序?qū)?yīng)的設(shè)備、功率以及工作時長

表3 各工序?qū)?yīng)的輔助材料、質(zhì)量以及供應(yīng)商與工廠的距離

4.1.3 成品運(yùn)輸數(shù)據(jù)收集

案例中的終端客戶在上海，距離是815km。運(yùn)輸方式為貨運(yùn)，中型貨車。

4.1.4 回收利用數(shù)據(jù)收集

根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，有50%的智能卡能夠回收利用，質(zhì)量為7.33kg。

4.1.5 碳排放因子數(shù)據(jù)收集

從中國產(chǎn)品全生命周期溫室氣體排放系數(shù)平臺獲取碳排放因子，整理后見表4。

表4 原材料與電力等CO2排放因子

4.2 智能卡碳排放計算

4.2.1 原材料階段排放

根據(jù)公式（2）的計算，原材料獲取階段的碳排放量為294.23kgCO2-eq。

4.2.2 生產(chǎn)制造階段排放

根據(jù)公式（3）的計算，輔料獲取階段的碳排放量為513.68kgCO2-eq，設(shè)備使用電力的碳排放量為108.09kgCO2-eq，生產(chǎn)制造階段的碳排放量為621.77kgCO2-eq。

4.2.3 成品運(yùn)輸階段排放

根據(jù)公式（4）的計算，運(yùn)輸階段的碳排放量為501.87kgCO2-eq。

4.2.4 回收利用階段排放

根據(jù)公式（5）的計算，回收利用階段的碳排放量為-1.77kgCO2-eq。

4.3 智能卡全生命周期碳足跡核算

根據(jù)公式（1）的計算，單片智能卡全生命周期的碳足跡為0.59kgCO2-eq/片。

5 結(jié)論

在智能卡生產(chǎn)生命周期過程中，原材料與輔助材料獲取合計對碳排放貢獻(xiàn)最大，達(dá)57.1%，其次為成品運(yùn)送的獲取35.4%，再次為電力的7.6%，詳情如圖4所示。

圖4 各階段對智能卡碳排放的貢獻(xiàn)比例

在智能卡產(chǎn)品全生命周期中，原材料和輔料獲取階段產(chǎn)生的碳排放最多，對智能卡產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化時應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注開發(fā)新材料、新技術(shù)，合理選擇供應(yīng)商工廠的位置，促進(jìn)智能卡全生命周期的節(jié)能減排。