碳足迹——LCA方法论

LCA（Life Cycle Assessment）即生命周期评估，是在进行产品碳足迹评估时常用的方法。产品一词在ISO 14067和PAS 2050中的解释代表着商品和服务，一般我们常说的产品碳足迹，通常指的是对某一个具有实体的商品进行碳足迹评估，而碳足迹评估也可以对一项非实体的服务过程（例如举办一项活动、一次会议等）的碳足迹进行评估。

但LCA并非只可用于对产品或服务的碳足迹进行评估，它可以对整个生命周期中可能对环境产生的影响进行系统的分析。二氧化碳只是对环境影响的一种，环境影响还包括土壤酸化、水体富营养化、臭氧层消耗等多种影响类型。

LCA除了应用在碳足迹分析上外，还应用于环境产品声明（EPD，Environmental product declaration），EPD是对多种环境影响的分析，而碳足迹只是针对二氧化碳的分析，碳足迹只是EPD环境分析中的一个类别，可以说做了EPD报告其实就是把碳足迹报告也做了。

一、生命周期评估 (LCA)Life Cycle Assessment

生命周期评估(LCA)是对产品或服务在过去或未来整个生命周期中（原料获取、生产制造、分销、使用和报废阶段）可能对环境产生的潜在影响进行的分析和系统调查。这里可以看出，LCA分析关注于两个层面，一是全生命周期，二是对环境产生的影响。

ISO14040和ISO14044两个标准为LCA生命周期评估的标准化提供了指南和要求。在进行生命周期评估时，三个主要阶段是：（1）目标和范围定义，（2）生命周期清单（LCI）分析，（3）生命周期影响评估(LCIA)，（4) 结果解释。

 

图源:DEISO

川大王洪涛教授的这张图把LCA分析解释的很清楚：

二、目标和范围的定义Goal and scope definition

目标和范围的定义是整个评估过程的基础和起点，可以明确评估的范围并确保评估的一致性和可比性。需要明确评价对象的定义其目标和范围，设置好功能单元、系统边界、分析限制和生命周期中的起点和终点，确定将评估哪些具体过程，从而使研究更加顺利进行。

首先是确定评估对象，需要明确评估对象是什么？这个很容易理解，是一个产品或者一项服务过程？产品好理解，可以是牛奶、苹果等等，而服务则是一个没有明确实体的过程，例如理一次头发，举办一场演唱会等等。

第二点是设定功能单位，在ISO14040中，功能单位定义为用来作为基准单位的量化的产品系统性能。这个其实一点也不好理解，完全不明白在说什么，把这句话仔细拆解一下，有三点：

一是功能单位作为基准单位，意味着它是评估过程中所有比较和计算的基础。它为产品或服务的环境性能提供了一个标准化的衡量尺度，使得不同的产品或服务可以在相同的基础上进行比较。二是功能单位必须是一个可以量化的指标，这样才能进行数值上的比较和计算。关于如何量化功能单位，这里还有另外一个概念，叫做基准流（reference flow），被定义为“在给定产品系统中，为实现一个功能单位的功能所需要的过程输出量”。例如汽车行驶一公里的耗油量。三是关注产品系统性能，而不仅仅是产品本身。例如，对于一辆汽车，汽车本身是不能够定义为功能单位的，其所满足的使用功能才是功能单位，例如行驶的距离、运输的货物量、能源效率等。

结合以上三点，举个例子，如果我们对不同品牌的洗衣机进行LCA，功能单位可以定义为“每洗涤一公斤衣物所消耗的电能”。这样，我们就可以比较不同洗衣机在执行相同洗涤任务时的能源效率以及对环境的影响，从而评估它们的环境性能。如果实在是难理解，这里还有一个经典解释案例，在不少LCA课程里面也常用来举例：
纸巾和空气干手机两种系统。那如何定义其各自的功能单位？又如何将二者的LCA结果进行对比，判断哪个系统的碳足迹更大？二者的功能都是实现干手的效果，此时对应的基准流就是擦干一次手需要的纸巾数量和烘干一次手需要呼出的热空气体积（或者是烘干一次手所消耗的电力），下一步就可以根据各自的基准流编制物质的输入和输出清单，从而可以分析二者对环境的影响程度。如果要评估的产品有PCR（Product Category Rules），功能单位一般都会在PCR中定义，使用者直接参考即可，例如在欧盟汽车电池碳足迹CBF-EV规则下电池的碳足迹功能单位定义为电池在其使用寿命内提供的总能量中的一千瓦时（kWh），这样不同型号的电池在相同的功能单位定义下，也具有了可比性。若是要比较不同类型的产品，例如钢铁和牛奶，因为二者不具备相同的功能，就需要选择适合的功能单位，通常以质量单位进行定义，例如以生产1kg钢铁和生产1kg牛奶进行对比。
第三点是确定系统边界，也就是进行环境评估的边界。系统边界有四类，从摇篮到大门（Cradle-to-gate）、从摇篮到坟墓（Cradle-to-grave）以及摇篮到摇篮（Cradle-to-cradle)。这里的摇篮指产品的原料生产阶段、例如矿山开采、果树的种植；大门指的是产品生产过程完成，离开工厂大门；坟墓指的是产品使用后最终废弃或填埋。
1、摇篮到大门（Cradle-to-gate），只关注制造产品的过程，通常是产品制造到离开工厂为止。例如水泥的生产，只关注从原料材料开采、运输到工厂，加工制造成成品为止。
2、摇篮到坟墓（Cradle-to-garave）,相比从摇篮到大门，增加了使用和废弃阶段。例如一件衣服，评估其从原料（棉花的种植开始）生产及运输、加工制作、个人使用、最后到废弃的全过程，追溯了该产品从诞生到死亡的全过程，就是从”摇篮到坟墓“。
3、摇篮到摇篮（Cradle-to-cradle)。商品在使用结束后，可能会被回收进行再生产，最终作为原料进行再次生产，再到产品回收过程称为“摇篮到摇篮”。

三、生命周期清单分析LCI，Life Cycle Inventory Analysis

LCI是对资源投入和环境输出等数据进行客观量化的过程，清单分析需要对每个生命周期阶段进行细化，用定量数据识别系统范围内的所有过程对资源的消耗以及环境排放的贡献，识别和量化产品或活动生命周期各阶段的原材料和能量输入、正副产品输出及废弃物输出。数据来源分为实景数据和背景数据。

实景数据涉及从原材料获取、生产、运输、使用到废弃处理各环节的数据。背景数据需要广泛的数据来源，包括直接测量、行业数据库、文献等，通常是在各类数据库中获取，例如gabi，ecoinvent，CPCD等。

使用背景数据库通常需要进行数据质量评分，主要指标有地理代表性、时间代表性以及技术代表性。需要确保数据的代表性、一致性和准确性，确保数据反映当前的技术水平和环境影响。

在碳足迹评价中，通过活动数据 × 排放因子即可得到对应过程的碳排放量，而生命周期碳排放就是各个过程的碳排放累加，并不断向前追溯到原料生产阶段的过程。

四、生命周期影响评估LCIA，Life Cycle Impact Assessment

影响评价的目的是根据清单分析结果评估产品或活动生命周期内潜在的环境影响程度。影响评价分为三个评价方面，影响分类、特征化、归一化。

1.影响分类。将生命周期清单（LCI）中识别的排放和资源消耗按照其对环境影响的类型进行分类。评估产品的环境影响，可以得到多个影响指标，例如二氧化碳、磷酸、硫化物、氟化物等等。根据LCA研究的目的选择主要的几类影响指标，将其量化为影响2.类型，例如将温室气体排放归类为全球变暖潜能（GWP），氮氧化物排放与酸性化归类为水体富营养化，水耗与水资源枯竭联系。

3.特征化。将分类后的排放和资源消耗转换为标准化的环境影响指标。这一步骤涉及使用特定的环境影响因子（如全球增温潜势值GWP、酸化潜能（AP）和富营养化潜能（EP）等），将排放量转换为对特定环境问题的贡献。如果评估涉及多功能产品或共生产品，需要将环境影响分配给各个产品或过程。这通常涉及将共同产生的排放或资源消耗按比例分配给各个产品或服务。

4.归一化。将不同类别的环境影响值转换为相对于某个参考值的比例，从而使得不同影响类别之间的比较更加直观和一致。归一化的目的是使评估结果更加易于理解和交流，同时识别出相对贡献较大的环境问题。简单来说就是环境影响因子太多，为了衡量一个总体影响，把全球增温潜势值GWP、酸化潜能（AP）和富营养化潜能（EP）等按照研究目的，设定权重归一为一个综合指标，来衡量总体的环境影响。

五、结果解释

依据影响评价过程能耗和排放清单及环境影响数据处理结果对整个生命周期进行完整分析、解释和总结，并提出改善的建议。

下面这张图就对整个评估流程做了一个比较详细的解释说明：