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化工行业产品碳足迹核算体系优化路径研究与建议

张华 ,  陈懿楠 ,  胡家祺

现代化工 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (6) : 9 -14.

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现代化工 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (6) : 9-14. DOI: 10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2025.06.002
新质生产力专栏(一)

化工行业产品碳足迹核算体系优化路径研究与建议

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Research and recommendation on optimization pathways for carbon footprint accounting system of chemical industrial products

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摘要

基于全球碳足迹体系建设发展与现状,聚焦研究化工行业产品碳足迹核算体系存在问题并提出完善优化路径。以有机硅产品中羟基封端聚二甲基硅氧烷(107胶)为典型案例,结合生命周期评估(LCA)理论与政策背景分析,揭示当前核算体系的关键挑战并提出系统性解决方案。研究发现,当前化工行业面临细分领域碳足迹核算规则缺失和数据标准不统一的双重挑战。对此,提出了按产品类别制定专项核算指南和构建化工专属碳因子数据库的优化框架,为化工行业碳足迹核算体系的优化提供了兼具理论深度与实践价值的解决方案,可为全球化工行业构建更加切合实际的全生命周期绿色产品提供参考依据。

Abstract

This study focuses on the development and current status of the global carbon footprint system,concentrates on researching the existing issues in the carbon footprint accounting system for products of the chemical industry and proposing paths for improvement and optimization.Taking hydroxyl-terminated polydimethylsiloxane (107# silicone rubber),a typical silicone product,as a typical case,and combining it with life cycle assessment (LCA) theory and policy background analysis,this study reveals the key challenges of the current accounting system,and proposes a systematic solution.It is found from the study that the chemical industry is currently facing dual challenges:the lack of carbon footprint accounting rules for specific sub-sectors and the non-uniformity of data standards.In response to these issues,this study proposes an optimization framework that includes developing specialized accounting guidelines by product category and constructing a carbon factor database exclusive to the chemical industry.This study provides a solution,which is both theoretically profound and practically valuable,for the optimization of the carbon footprint accounting system in the chemical industry.It also can serve as a reference for the global chemical industry to construct more practical whole-lifecycle green products.

关键词

碳足迹核算 / 碳足迹标准与因子库 / 有机硅产品 / 化工行业

Key words

carbon footprint accounting / carbon footprint standard and factor database / silicone products / chemical industry

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张华,陈懿楠,胡家祺. 化工行业产品碳足迹核算体系优化路径研究与建议[J]. , 2025, 45(6): 9-14 DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2025.06.002

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1 引言

在全球气候治理深度演进的背景下,碳足迹核算已成为化工行业应对国际规则变迁与国内“双碳”目标的核心抓手。自《巴黎协定》生效以来,国际社会通过碳定价、贸易壁垒、绿色标准等手段加速推动产业低碳转型,而化工作为传统高耗能、高排放的行业,面临的政策压力尤为显著。
国际层面,以欧盟为代表的发达国家正通过碳边境调节机制(CBAM)等制度重塑全球贸易规则。欧盟于2023年正式启动CBAM过渡期,对进口的高碳产品(如钢铁、铝、水泥、化肥、电力、氢等),根据产品隐含碳排放量,按欧盟碳配额(EU ETS)价格征税。若出口企业未在本国支付碳成本,则需向欧盟补足差价[1]。若中国出口产品的碳排放强度高于欧盟标准,叠加当前欧盟碳价,可能导致成本显著增加。据波士顿咨询公司测算,到2030年,中国对欧出口的六大高碳行业(钢铁、铝、水泥、化肥、电力、氢能)成本将增加300亿~650亿元,利润率压缩 3~8个百分点[2]。2024年4月,欧洲议会投票通过了《可持续产品生态设计法规》(Eco-design for Sustainable Products Regulation,ESPR),旨在提高产品的环境可持续性,减少产品的整体碳足迹和环境足迹[3]。与此同时,美国《通胀削减法案》(IRA)对清洁氢气的生产制定了分级税收抵免标准,根据氢气的生命周期碳排放强度,抵免额度从每千克0.6美元到3美元不等。在生物燃料领域,IRA的条款要求燃料的碳排放系数必须低于基准值,并对使用再生材料的产品提供税收抵免[4]。这些政策工具不仅倒逼企业降低直接排放,更要求其重构从原料采购到终端消费的全链条碳排放管理逻辑。
国内政策体系则在“双碳”目标引领下加速完善,高耗能、高排放产业将面临更为严格的碳排放监管压力。2021年国务院发布《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》,明确提出完善碳中和相关政策机制;2024年国务院发布《关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》,进一步强调了绿色发展的重要性;国务院印发的《2024—2025年节能降碳行动方案》则具体提出了未来两年内节能减排的具体目标与行动计划;而国务院印发的《加快构建碳排放双控制度体系工作方案》则是能耗双控向碳排放总量和强度双控转变的重要标志。生态环境部联合多部门于2024年发布《关于建立碳足迹管理体系的实施方案》,要求发布重点产品碳足迹核算规则标准、建立产品碳标识认证制度、探索建立碳足迹信息披露制度,其中包含乙烯、合成氨等化工产品,标志着行业监管从自愿性向强制性过渡。在地方层面,2024年广东省印发《广东省推进粤港澳大湾区产品碳足迹认证试点建设方案》,率先开展重点行业碳足迹试点,为探索推进产品碳足迹标识认证制度体系建设积累经验;山东省着手建设省级碳足迹因子数据库,指导研究机构、行业协会、企业报送产品碳足迹因子,与国家数据库形成衔接和补充,并鼓励各类主体应用山东省产品碳足迹公共服务平台。这一系列政策表明,碳足迹核算不仅是应对国际博弈的技术工具,更是国内产业升级的制度性要求。
政策驱动的背后,是化工行业亟需突破的可持续发展瓶颈。据NPCPI(石油和化学工业规划院)统计,中国石化和化工行业属于八大高排放行业(电力、建材、钢铁、有色金属、造纸、民航、石化、化工),其合计排放约占全国碳排放总量18%,其中“工艺排碳”占比6%左右,“公用工程排碳”占比12%左右[5]。以煤化工为例,现代煤化工单位二氧化碳排放量较大,煤制油单位碳排放约6 t/t、煤制烯烃约10 t/t、煤制气和煤制乙二醇约5 t/t[6],若不能通过原料替代(如绿氢耦合制烯烃)或工艺革新(如二氧化碳加氢制甲醇)实现降碳,行业将面临产能扩张受限与碳成本攀升的双重压力。在此背景下,碳足迹核算成为识别低碳路径、优化资源配置的关键依据。政策倒逼下,巴斯夫、万华化学等龙头企业已开始加强碳足迹管理,而中小型企业因缺乏数据基础和技术能力,面临淘汰或被边缘化的风险。
更深层的意义在于,碳足迹核算体系的建设将重塑全球化工产业分工格局。发展中国家若能在标准制定、技术创新等领域抢占先机,有望打破欧美长期主导的碳规则话语权。例如,中国作为全球最大的化工产品生产和出口国,若能推动建立基于东方生产模式的碳足迹核算标准,并通过“一带一路”倡议输出技术体系,将在全球价值链重构中占据主动地位。反之,若继续依赖西方标准,不仅会削弱产业竞争力,还可能因碳数据主权缺失引发国际贸易摩擦。因此,化工行业碳足迹核算不仅是环境问题,更是关乎经济安全与产业话语权的战略议题。
综上,在国际规则趋严与国内转型加速的双重驱动下,碳足迹核算已成为化工行业不可回避的必然选择,其紧迫性不仅源于短期合规压力,更体现在中长期产业竞争力的重塑上。唯有通过政策引导、技术赋能与多方协作,方能在新一轮全球低碳竞争中赢得主动。要做好碳足迹核算工作,碳足迹核算的规则与流程非常重要,直接影响数据的准确性和科学性[7-9]。一般采用自下而上的过程分析,通过分解产品全生命周期的具体流程(如原材料提取、生产制造、运输使用等环节),逐项核算碳排放量[10-12]。针对碳足迹核算的规则,国际和国内机构制定了多份标准和指南以提供核算方法论。

2 碳足迹核算体系现状与问题

产品碳足迹核算中,核算标准和数据库缺一不可。核算标准是统一产品碳足迹核算边界、范围、方法和数据质量的基本依据,为产品碳足迹核算提供明确的核算规则。而数据库则为产品碳足迹核算提供必要的数据支持,确保核算结果的准确性和可靠性,构架指导性与适用性兼具的产品碳足迹管理体系两者缺一不可。

2.1 核算标准行业指导性不足,全球认可度欠缺

国际碳足迹核算体系呈现“多标准并行、领域分化”的特征。全球范围内,ISO 14044:2006作为生命周期评估(LCA)的基础方法论标准,涵盖资源消耗、能源使用、废弃物产生等多维度环境影响,被广泛应用于环境管理、产品生态设计和政策制定[13]。而ISO 14067:2018作为首个通用性产品碳足迹国际标准,覆盖从摇篮到坟墓的全生命周期,明确了碳足迹计算边界与数据质量要求[14],其应用已延伸至苹果公司、达能乳制品等跨国企业产品的环境信息披露。GHG Protocol企业核算与报告标准则聚焦企业碳排放管理,间接支撑产品碳足迹核算[15]。此外,化工行业专属的TfS PCF Guideline针对化工生产特有环节(如化学品泄漏、催化剂使用等)制定细化规则,作为全球化工行业低碳转型的先锋企业,巴斯夫自2020年起深度参与TfS PCF Guideline的试点工作,推动供应链低碳转型。总体来看,国际标准兼具通用性与行业性,且政策驱动效应显著——欧盟碳标签强制要求产品标注符合ISO 14067的碳足迹信息,进一步倒逼企业采用标准化核算方法。
中国碳足迹核算体系仍处于政策引导与试点探索阶段,呈现出“顶层设计加速”与“局部突破显著”并存的特征。政策层面,党的二十届三中全会通过的《中共中央关于进一步全面深化改革、推进中国式现代化的决定》强调构建碳排放统计核算体系、产品碳标识认证制度、产品碳足迹管理体系。《2030年前碳达峰行动方案》提出探索建立重点产品全生命周期碳足迹标准,《关于加快建立统一规范的碳排放统计核算体系实施方案》也提出建立健全重点产品碳排放核算方法要求,一系列政策均为国内碳足迹发展指引了方向。2024年8月23日市场监管总局(国家标准委)正式批准发布GB/T 24067—2024《温室气体 产品碳足迹 量化要求和指南》,是我国第一份国家级普适性的产品碳足迹核算指导标准。然而该标准在指导具体行业应用时,仍存在一些缺陷,如不同行业的生产流程、原材料来源和能源消耗结构差异较大,标准的通用性可能无法完全满足特定行业的特殊需求。例如,对于一些高能耗、高排放的行业(如化工、钢铁等),标准中提供的量化方法可能需要进一步细化,以更精准地反映其碳排放特征。
综上所述,全球范围内产品碳足迹核算标准仍以国际话语权为主,虽具备指导但行业细分领域落地实操性不足。中国碳足迹核算体系仍面临多重挑战:一是顶层标准体系尚未搭建完善,仅出台了一项普适性的核算标准,无法解决不同行业不同工艺流程核算的实操性。二是国内碳足迹核算标准与规则需要提升科学性和国际兼容性,与不同国家和地区的碳足迹核算要求仍存在差异。如表1所示,核算范围上,有的聚焦企业碳排放,有的侧重化工产品特色核算。涵盖排放类型,有的全包括,有的侧重部分范围。生命周期阶段,有的覆盖全周期,有的重点在运营阶段。应用领域也各有不同,ISO14044—2006用于环境管理等多方面,而GHG Protocol侧重企业碳管理和合规,化工行业标准则为化工行业专属应用服务。以上不同碳足迹核算标准的差异可能导致核算结果不一致,增加企业核算成本,且差异会影响碳足迹数据的可比性和准确性,对企业碳管理和政策制定带来挑战。

2.2 国际数据库准确性不佳,中国数据库亟待发展

国际上,EcoInvent和GaBi为代表的国际碳足迹数据库建设较为成熟。EcoInvent是全球最著名的生命周期评价数据库之一,成立于2003年,由瑞士研究机构ETH、EPFL、Empa、Agroscope和保罗谢尔研究所创立[16]。它是一个综合性的全球数据库,提供用于开展生命周期评价研究的生命周期清单数据,涵盖农业、能源生产、制造业、运输业、废物管理等多个行业领域,包含欧洲及世界多国超过18 000个活动的数据集合。GaBi是一个集成了软件和数据库的综合工具,由德国斯图加特大学LBP研究所和PE公司共同研发。它提供了强大的数据处理、模型构建和结果分析功能,其配套的数据库称为MLC(GaBi)数据库,包含多个子数据库[17],如基础数据库、扩展数据库和高阶数据库。这些数据库提供了详细的生命周期清单数据,涵盖化学品、金属、塑料、建筑等多个行业领域。
中国碳足迹数据库起步较晚但正在快速发展,呈现百花齐放的局面。清华大学牵头发布了中国首个开放透明的生命周期单元过程数据库——“天工LCA数据库”,汇聚了涵盖我国55个行业、4 000多组单元过程的70 000多条公开数据[18];中国城市温室气体工作组(CCG)组织建设了中国产品全生命周期温室气体排放系数库并且全部公开[19];北京中创绿发科技有限责任公司发布了涵盖我国主要工业产品及其制造流程、形成2 000个以上单元过程的生命周期评价数据集合[20]。目前国内碳足迹数据库仍面临数据标准化和国际认可等挑战。
综上所述,全球范围内碳足迹因子数据库在应用过程中仍面临诸多问题,尚未完全满足行业和地区的多样化需求。首先,数据库的覆盖范围和行业适用性存在显著差异。如表2所示,GaBi、EcoInvent和SimaPro等国际数据库虽然覆盖行业广泛且国际认可度高,但其数据主要基于欧美国家的背景,可能无法准确反映中国等发展中国家的实际情况;相比之下,天工LCA等本土数据库虽然更贴近中国国情,但其行业覆盖范围有限,国际认可度较低,难以满足全球化背景下的碳足迹核算需求。其次,数据库的更新频率和数据质量参差不齐。部分数据库由于发展年限较长,数据更新滞后,难以反映最新的生产工艺和技术进步,导致核算结果可能存在偏差。此外,不同数据库之间的数据兼容性和一致性不足,增加了跨数据库比较和数据整合的难度。这些问题不仅影响了碳足迹核算的准确性和可比性,还增加了企业的核算成本,对全球碳管理和政策制定带来了挑战。

3 化工行业碳足迹核算现状与问题

化工行业作为典型的高能耗、高排放领域,其碳足迹核算面临产业本身工艺带来的技术复杂性、国际国内标准碎片化、国际国内缺乏专用数据库的多重挑战。本文以羟基封端聚二甲基硅氧烷(107胶)的碳足迹核算为研究案例,结合生命周期评估(LCA)理论,揭示行业核算体系的现存痛点并提出改进建议。

3.1 细分领域规则缺失的挑战

107胶为有机硅产业链的中间产品,该产品为下游产业链的原料,其碳足迹核算范围为“摇篮到大门”,即系统边界包括原材料获取阶段、原材料储运阶段和生产加工阶段。107胶产品碳足迹的核算难点在于根据复杂生产过程追溯和分摊单位产品对应的原材料、电力、热力与天然气消耗量。
本文算例中107胶的主要生产过程包含氯碱装置产出氯气和氢气、氯化氢合成、硅粉研磨、氯甲烷合成、混合单体合成、精馏过程、二甲水解、催化缩合、线性体聚合等9个阶段。其中氯碱装置与二甲水解装置在生产过程中产生废水,涉及到污水处理。现有的碳足迹核算标准中,缺少明确针对污水处理制定的核算方法,需依赖行业实践进行补充。部分企业将污水处理视为辅助设施,将其碳排放计入企业整体排放而非产品碳足迹,而出口导向型企业(如供应欧盟客户)则倾向于将此类间接排放纳入核算以符合CBAM要求。因此我们建议根据行业共性建立更全面的核算规则,辨识化工行业常在核算中被遗漏的环节并对核算程序进行解释,例如应当明确在污水处理过程中是否将污水处理所使用药剂作为原材料消耗的一部分,在原材料获取阶段排放中加入原材料隐含排放和原材料储运排放的计算。
107胶的生产过程同时还涉及盐酸的循环利用,二甲水解装置产生的盐酸回用至氯甲烷合成装置,氯甲烷合成装置输出的盐酸回用至盐酸合成装置。在现有的产品碳足迹核算标准中,仅有关于循环利用和回收处理计算程序的笼统描述,要求对回收材料进行“减量计算”,未规定多级循环场景下的碳排放分配规则,缺少详细的指导和具体算例。在遇到多个装置的中间产物多次循环利用的核算场景时,若简单按“首端排放”计算,会低估循环利用的碳效益;若按“末端排放”加权,则可能重复计算中间环节碳排放,企业无法根据现有标准解决核算困难。我们建议根据行业、产品类别建立更细化的核算规则,新规则应当辨识并覆盖各产业常规生产流程中的核算难点,比如给出使用迭代法计算循环利用中间产物所产生碳足迹的计算程序。

3.2 数据标准不统一的痛点

结合GaBi软件建模,将污水处理药剂加入原材料隐含排放和原材料储运排放,并使用迭代法处理循环环节产生的碳足迹,由此计算得到的107胶产品碳足迹为9.47(原材料消耗与能耗数据均为假定)。107胶各阶段碳排放中,原材料获取阶段排放占比最大,达到83%;原材料运输阶段排放占比最小,仅1%。107胶产品碳足迹分布如表3所示,可以看出该假定算例中原材料获取阶段的碳足迹主要来自硅块和煤制甲醇,生产制造阶段的碳排放主要来自电力和热力消耗。
以硅块的碳排放因子选择为例,国内并没有较为权威的硅块碳排放因子数据,若从选用GaBi(sphera)数据库中的排放因子9.54改为选择EcoInvent数据库中的排放因子12.51,最终107胶的产品碳足迹将从9.47增加为10.96,使碳足迹数值升高16%。这反映出现有数据集缺乏对化工专用原料的精细化排放因子,实际核算中若企业依赖估算值,将导致结果不确定性较高。若企业购买国际专业数据库,通常也无法从同一数据库中获取到全部所需的原材料排放因子和能耗对应排放因子,同时还产生了较高的核算成本。而根据不同数据库中选择的因子计算出的碳足迹数值,其准确性和通用性均受到影响。巴斯夫、陶氏化学等跨国企业正着手建立基于欧盟碳排放因子数据库(EU Emission Factors)的内部核算体系,而国内企业因数据口径差异可能面临碳关税申报障碍。因此碳足迹标准数据库应覆盖化工行业各产业链原材料、运输方式及能源类型。同时要具备国际衔接能力,使得国内企业出口面临欧盟碳关税(CBAM)时,不需费力转换数据口径。

4 优化路径建议

构建兼具指导性与可操作性的化工行业产品碳足迹核算体系,需要针对化工行业不同细分子行业构建适用性更强的核算规则体系与碳足迹因子数据库。

4.1 建立细分领域核算规则体系

化工行业包括石油化工、煤化工、盐化工、氟化工、硅化工、生物化工等细分领域,建议制定重点细分领域专项核算指南,并针对各领域主要产业链进一步细化核算规则;可以优先选择年产能超千万吨、出口依存度>20%的产品建立专项指南,对不同产品核算过程中的常见问题给出明确解决方案。
以煤化工为例,传统煤化工产业链包含以焦炭为核心产品的煤焦化产业链、以合成氨为核心产品的煤制合成氨产业链和以甲醇为核心产品的煤制甲醇产业链,现代煤化工产业链则包含以柴油和石脑油为核心产品的煤制油产业链、以聚乙烯和聚丙烯为核心产品的煤制烯烃产业链、以聚酯级乙二醇为核心产品的煤制乙二醇产业链、以合成天然气为核心产品的煤制天然气产业链等。因此制定煤化工领域碳足迹核算标准时,应优先覆盖合成氨、煤制烯烃、煤制乙二醇等核心产品,并明确煤气化、二氧化碳捕集、灰渣处理排放等常见环节的分配规则和对产品碳足迹的影响如何计算。
类似的,盐化工领域应以烧碱、聚氯乙烯等产品为重点,给出不同电解工艺、氯气回收率等因素对碳足迹核算细节的影响;氟化工领域应优先覆盖制冷剂、含氟聚合物等核心产品,并重点考虑含氟废气处理、副产物HFC-23销毁等环节的核算处理方式。同时应联合行业协会定期对核算规则进行修订,根据新兴技术发展情况对核算方法、流程进行补充。

4.2 构建统一的行业数据库与共享平台

为了准确计算碳足迹、解决数据选择和数据缺失的疑难问题,我们建议首先构建行业级碳足迹数据库,整合国际与国内权威数据源,开发化工专属模块,形成基础因子库。数据库应涵盖能源、原料、运输等通用模块,明确蒸汽、电力、基础化学品(如硫酸、盐酸)等基础项目的排放因子,优先将合成氨、甲醇等5类大宗产品上线公共因子查询平台,并逐步扩展下沉至细分领域,实现80%规模以上企业数据接入。
同时进一步建立产业链数字孪生平台,基于工业互联网平台,实现原料-工艺-产品的实时数据联动,搭建工艺层设备级碳足迹模型,完善排放因子的动态更新功能。另外应推动国际互认机制,参照当下的国际碳足迹标准,制定中国化工产品碳足迹核算的“双清单”制度(国内清单与国际转换清单),与TfS、GHG Protocol数据集建立映射关系,减少企业合规成本。
还建议建立行业碳数据共享机制,组建化工碳数据联盟,推动龙头企业开放脱敏数据,降低中小企业核算成本;并完善碳足迹公共查询平台(类似欧盟Product Environmental Footprint Portal),提供各类产品的区域/全球基准值比对功能。

5 结论与展望

通过本研究发现化工行业碳足迹核算体系的三大核心问题:细分领域规则缺失、数据标准不统一、国际国内标准衔接不足。同时以107胶为例,利用化工行业碳足迹体系核算现有规则与数据库,从实际操作角度,深入剖析了其影响或制约细分化工子行业更精准地核算其产品碳足迹的难点与问题。107胶的生产过程中涉及的氯碱装置、盐酸循环利用、污水处理等环节缺乏明确的核算规则,导致碳排放分配存在争议;同时,不同数据库(如GaBi与EcoInvent)中硅块碳排放因子的显著差异直接影响了核算结果的准确性,表明数据标准化是提升核算可信度的关键瓶颈。此外,国内政策尚未形成强制性约束,而欧盟等发达国家通过CBAM、IRA等政策工具加速构建碳壁垒,进一步凸显了国内化工企业面临的双重合规压力。
针对上述问题,本文提出“规则细化制定-数据平台共建”的优化框架:通过制定化工不同子行业(石油炼制、煤化工、硅化工、盐化工等)细分领域、产业链的专项核算指南,明确循环利用场景下的碳排放分配规则(如迭代法计算多级循环排放);通过构建化工专属碳因子数据库与共享平台,降低企业数据获取成本并提升核算效率;通过推动国内标准与国际接轨互认,规避国际贸易风险。
本研究取得了一定理论进展与实践启示,文中以107胶为研究对象,深入透彻分析了化工行业细分子行业有机硅产品类别在碳足迹核算方面遇到的问题与难点,尽管未覆盖其他类别化工产品,但同样具有借鉴参考意义,且未来可扩展研究范围,提炼更多通用性优化路径。同时可探索新兴技术应用,研究人工智能在碳足迹预测、低碳工艺路径生成中的潜力,推动核算体系向“数字化-智能化”升级。

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